JP3082671B2 - Transistor element and method of manufacturing the same - Google Patents
Transistor element and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はトランジスタ素子及
びその製造方法に関し、特にSOI(Silicon
On Insulator)基板上に形成する高集積、
低消費電力LSI(Large Scale Inte
grated Circuit)に用いられるトランジ
スタ素子及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transistor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a SOI (Silicon).
On Insulator) High integration formed on a substrate,
Low power LSI (Large Scale Inte
The present invention relates to a transistor element used for a graded circuit and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般的な構造の部分空乏化型SOIMO
S(Metal Oxide Semiconduct
or)FET(Field Effect Trans
istor)の断面が図39に示されている。同図に示
されているように、シリコン基板101上に埋込み酸化
膜102を介してSOI層103があり、SOI層10
3上にはゲート酸化膜104、ゲート電極106が形成
され、ゲート電極の両側のSOI層103にはソース・
ドレイン領域105が形成される。ゲート電極106の
下部のSOI層103は1017[cm-3]〜1018
[cm-3]程度の第2導電型不純物が導入されたボディ
領域108をなし、ゲート電極に電圧を印加すると、ボ
ディ領域108は空乏化しない中性領域107と空乏化
する空乏化領域109との二つの領域に分かれる。ま
た、チャネルはボディ領域108のうち、ゲート酸化膜
104側の領域に形成される。2. Description of the Related Art A partially depleted SOIMO having a general structure
S (Metal Oxide Semiconductor)
or) FET (Field Effect Trans)
The cross section of the istor is shown in FIG. As shown in the figure, an SOI layer 103 is provided on a silicon substrate 101 via a buried oxide film 102, and an SOI layer 10
3, a gate oxide film 104 and a gate electrode 106 are formed.
A drain region 105 is formed. The SOI layer 103 below the gate electrode 106 has a thickness of 1017 [cm −3 ] to 1018.
[Cm -3] about without a second conductivity type body region 108 in which impurities are introduced, a voltage is applied to the gate electrode, a depletion region 109 body region 108 depleted and neutral region 107 which is not depleted Divided into two areas. Further, the channel is formed in a region on the gate oxide film 104 side in the body region 108.
【0003】なお、図中のCCGはゲート―チャネル間の
容量であり、CCBはチャネル―基板間の容量である。In the drawing, CCG is the capacitance between the gate and the channel, and CCB is the capacitance between the channel and the substrate.
【0004】ところで、図40に示されているように、
SOIMOSFETの低電圧下における高速動作を目的
として、SOI層内に入力信号を印加する例が報告され
ている。これは、アサデラギらによりアイ・イー・ディ
ー・エム・テクニカルダイジェスト(F.Assade
raghi,IEDM94,Tech.Dig.p.8
09)に発表されたものである。このSOIMOSFE
Tでは、同図に示されているように、SOI層とゲート
電極とを配線Hで接続することによって、ゲート電極と
SOI層内との両方に入力信号を印加するものである。By the way, as shown in FIG.
An example in which an input signal is applied to an SOI layer for the purpose of high-speed operation of a SOI MOSFET under a low voltage has been reported. This is based on I.E.D.M Technical Digest (F. Assade)
raghi, IEDM94, Tech. Dig. p. 8
09). This SOIMOSFE
At T, as shown in the figure, an input signal is applied to both the gate electrode and the inside of the SOI layer by connecting the SOI layer and the gate electrode with a wiring H.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】第1の課題は、SOI
MOSFETにおける短チャネル効果である。The first problem is that the SOI
This is a short channel effect in the MOSFET.
【0006】最初に短チャネル効果とゲート酸化膜厚の
関係に関わる課題を述べる。First, the problem relating to the relationship between the short channel effect and the gate oxide film thickness will be described.
【0007】電界効果型トランジスタ(FET)を微細
化し、チャネル長が短くなると、短チャネル効果により
特性が劣化する。これはソース・ドレイン領域からの二
次元的な電界の影響により、しきい値電圧が低下し、又
はサブスレッショルド電流の急峻性が失われるものであ
る。When the field effect transistor (FET) is miniaturized and the channel length is shortened, the characteristics are deteriorated due to the short channel effect. This is because the threshold voltage is lowered or the steepness of the subthreshold current is lost due to the effect of the two-dimensional electric field from the source / drain regions.
【0008】これを解決する方法の一つとしてゲート酸
化膜を薄くする方法が挙げられる。すなわち、ゲート酸
化膜を薄くして、ゲート―チャネル間の容量CCGの値を
増すと、ゲート電極―チャネル間の静電気的な容量結合
が増す。その結果ゲート電極によるチャネル領域の制御
性が高まるので、短チャネル効果が改善されるものであ
る。しかしゲート酸化膜を薄くする場合、その形成方法
が困難になることに加え、絶縁性、経時変化に対する信
頼性等の品質を確保することも困難になる。As one of the methods for solving this, there is a method of reducing the thickness of the gate oxide film. That is, when the gate oxide film is thinned and the value of the capacitance CCG between the gate and the channel is increased, the electrostatic capacitive coupling between the gate electrode and the channel is increased. As a result, the controllability of the channel region by the gate electrode is enhanced, so that the short channel effect is improved. However, when the thickness of the gate oxide film is reduced, the method of forming the gate oxide film becomes difficult, and it is also difficult to ensure the quality such as the insulating property and the reliability with time.
【0009】したがって、トランジスタの微細化のため
には、形成方法や品質の確保が困難な薄いゲート酸化膜
を用いずに、ゲート―チャネル間の容量CCGの値を増加
させる手段が要求される。Therefore, in order to miniaturize a transistor, means for increasing the value of the gate-channel capacitance CCG is required without using a thin gate oxide film whose formation method and quality are difficult to secure.
【0010】次に、短チャネル効果の不純物濃度依存性
に関わる課題を述べる。Next, problems relating to the impurity concentration dependence of the short channel effect will be described.
【0011】短チャネル効果を抑制する方法として、基
板不純物濃度を上昇させる方法を挙げることができる。
これは以下の原理による。すなわち、不純物濃度が上昇
すると、図41に示されているように、空乏化領域10
9の幅が狭くなり、中性領域107とソース・ドレイン
領域105とが近づく。このため、ソース・ドレイン領
域105からの電界のうち、中性領域107で終端され
る成分が増加し、ソース・ドレイン領域105からの二
次元的な電界による特性劣化が抑制されるものである。As a method of suppressing the short channel effect, there is a method of increasing the impurity concentration of the substrate.
This is based on the following principle. That is, when the impurity concentration increases, as shown in FIG.
9 becomes narrower, and the neutral region 107 and the source / drain region 105 approach each other. Therefore, of the electric field from the source / drain region 105, the component terminated at the neutral region 107 increases, and the characteristic deterioration due to the two-dimensional electric field from the source / drain region 105 is suppressed.
【0012】しかし、その一方で基板不純物濃度はしき
い値の調整にも用いられる。このため、図41に示され
ているように、基板不純物濃度を上昇させるとしきい値
が変動する。すなわち、しきい値の設定(矢印YS )と
短チャネル効果の抑制(矢印YT )とは互いに依存し、
両立しない。したがって、基板不純物濃度としきい値と
を独立して制御することは、従来の電界効果型トランジ
スタでは困難である。なお、同図中の矢印YC はチャネ
ルの制御を示している。However, on the other hand, the substrate impurity concentration is also used for adjusting the threshold value. Therefore, as shown in FIG. 41, the threshold value fluctuates when the substrate impurity concentration is increased. That is, the setting of the threshold value (arrow YS) and the suppression of the short channel effect (arrow YT) depend on each other,
Not compatible. Therefore, it is difficult to independently control the impurity concentration of the substrate and the threshold value with the conventional field-effect transistor. The arrow YC in the figure indicates the control of the channel.
【0013】また、一般にチャネルの制御性はゲート―
チャネル間の容量CCGの値が大きく、チャネル―基板間
の容量CCBの値が小さい場合に良好となる。これについ
て、図39を再び参照して説明する。チャネルの電位は
直列に接続された二つの容量、ゲート―チャネル間容量
CCG及びチャネル―基板間容量CCBによる電位分割によ
り決まる。ここで容量CCGの値の容量CCBの値に対する
比が大きくなると、チャネルの電位とゲート電極の電位
との差が小さくなる。その結果、チャネル電位のゲート
電位に対する追従性が良くなるため、ゲート電極による
チャネルの制御性が改善される。In general, the controllability of a channel is controlled by a gate.
This is favorable when the value of the capacitance CCG between the channels is large and the value of the capacitance CCB between the channel and the substrate is small. This will be described with reference to FIG. 39 again. The channel potential is determined by potential division by two capacitors connected in series, a gate-channel capacitance CCG and a channel-substrate capacitance CCB. Here, when the ratio of the value of the capacitance CCG to the value of the capacitance CCB increases, the difference between the channel potential and the gate electrode potential decreases. As a result, the followability of the channel potential to the gate potential is improved, and the controllability of the channel by the gate electrode is improved.
【0014】通常の電界効果型トランジスタにおいて、
短チャネル効果を抑制するために基板不純物濃度を上昇
させた場合、ゲート―チャネル間の容量CCGの値は変化
しないが、チャネル―基板間の容量CCBの値が増加す
る。このため、ゲートのチャネルに対する制御性が劣化
し、Sファクタ(サブスレッショルド電流を一桁変化さ
せるのに要するゲート電圧の変化分)が劣化する。した
がって、トランジスタの微細化のためには、しきい値や
チャネル―基板間の容量に影響を与えずに、不純物濃度
を上昇させる手法が求められる。In a normal field-effect transistor,
When the substrate impurity concentration is increased to suppress the short channel effect, the value of the gate-channel capacitance CCG does not change, but the value of the channel-substrate capacitance CCB increases. For this reason, the controllability of the gate to the channel is degraded, and the S factor (the change in the gate voltage required to change the subthreshold current by one digit) is degraded. Therefore, for miniaturization of a transistor, a method of increasing the impurity concentration without affecting the threshold value or the capacitance between the channel and the substrate is required.
【0015】これらの課題は、図39に示されている従
来のトランジスタ素子においても同様である。These problems also apply to the conventional transistor element shown in FIG.
【0016】第2の課題は、SOIMOSFETにおけ
る基板浮遊効果である。これは第一導電型のSOIMO
SFETにおいて、SOI層下部に埋込み酸化膜102
が存在するために、第2導電型キャリアが基板側に、あ
るいは基板側から流入できないために発生する異常動作
である。低電圧下で動作する部分空乏化型のSOIMO
SFETにおいては、特にバイアス条件が変化した場合
に中性領域の幅が変化し、それに伴い余剰又は不足する
正孔が、それぞれ基板側へ排出又は基板側から供給され
ないために生じる過渡的な異常動作や、チャネル幅方向
に入射したα線により、半導体を構成する原子が電離さ
れることにより生ずる第2導電型キャアリアが排出され
ないために発生する異常動作が問題となる。The second problem is the substrate floating effect in the SOIMOSFET. This is the first conductivity type SOIMO
In the SFET, a buried oxide film 102 is formed under the SOI layer.
This is an abnormal operation that occurs because the second conductivity type carrier cannot flow into or from the substrate side due to the presence of. Partially depleted SOIMO operating under low voltage
In the SFET, particularly when the bias condition changes, the width of the neutral region changes, and the extraordinary or deficient holes are not discharged to the substrate side or are not supplied from the substrate side. In addition, an abnormal operation which occurs because the carrier of the second conductivity type caused by the ionization of the atoms constituting the semiconductor due to the α-rays incident in the channel width direction is not discharged becomes a problem.
【0017】したがって、SOIトランジスタの安定動
作には、正孔の供給及び排出を速やかに行える構造が必
要となる。Therefore, a stable operation of the SOI transistor requires a structure capable of promptly supplying and discharging holes.
【0018】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は寄生容量が小
さいこと、基板バイアス効果が小さいこと等、SOIM
OSFETの長所を持ち、かつこの素子の欠点である基
板浮遊効果や、この素子を微細化した場合に問題となる
短チャネル効果を抑制でき、低い電源電圧で動作可能な
トランジスタ素子及びその製造方法を提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and has as its object to reduce the parasitic capacitance, the substrate bias effect, etc.
A transistor element which has the advantages of an OSFET and can suppress a substrate floating effect which is a drawback of this element and a short channel effect which becomes a problem when the element is miniaturized, and which can operate at a low power supply voltage, and a method of manufacturing the same. To provide.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明によるトランジス
タ素子は、絶縁体層と、 所定の不純物濃度を有する不純
物低濃度領域と、自層の下部界面まで達するように設け
られかつ前記不純物低濃度領域よりも不純物濃度が高い
第1及び第2の第1導電型不純物高濃度層とを含み前記
絶縁体層上に設けられた半導体層と、 前記絶縁体層下部
に設けられた下部ゲート電極と、 前記不純物低濃度領域
の上部に設けられ第2導電型不純物を所定濃度で導入し
た上部ゲート電極と、を含むことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a transistor element comprising an insulator layer and an impurity having a predetermined impurity concentration.
Provided to reach the low-concentration area and the lower interface of the layer
And the impurity concentration is higher than the impurity low concentration region
And a first and second first conductivity type impurity high concentration layers.
A semiconductor layer provided on the insulator layer, and a lower portion of the insulator layer
A lower gate electrode provided on said low-impurity-concentration region
And a second conductivity type impurity is introduced at a predetermined concentration.
And an upper gate electrode .
【0020】本発明によるトランジスタ素子の製造方法
は、絶縁体層と、 所定の不純物濃度を有する不純物低濃
度領域と、自層の下部界面まで達するように設けられか
つ前記不純物低濃度領域よりも不純物濃度が高い第1及
び第2の第1導電型不純物高濃度層とを含み前記絶縁体
層上に設けられた半導体層と、 前記絶縁体層下部に設け
られた下部ゲート電極と、 前記不純物低濃度領域の上部
に設けられ第2導電型不純物を所定濃度で導入した上部
ゲート電極と、 を含むトランジスタ素子の製造方法であ
って、 前記絶縁体層上の前記半導体層上にマスクパター
ンを設けるステップと、この設けたパターンをマスクに
前記半導体層をエッチングして薄膜化するステップと、
この薄膜化された領域に前記第2導電型不純物を導入し
て前記上部ゲート電極を設けるステップと、前記パター
ンによりマスクされた領域に前記第1及び第2の第1導
電型不純物高濃度層を設けるステップと、前記上部ゲー
ト電極並びに前記第1及び第2導電型不純物高濃度層に
配線端子を接続するステップとを含むことを特徴とす
る。According to the method of manufacturing a transistor element of the present invention, an insulator layer and a low impurity concentration having a predetermined impurity concentration are provided.
Is provided so as to reach the lower boundary of the
First and second regions having a higher impurity concentration than the low impurity concentration region.
And a second high concentration impurity layer of the first conductivity type.
A semiconductor layer provided on the layer, and a semiconductor layer provided below the insulator layer.
Lower gate electrode and the upper portion of the low impurity concentration region
Upper portion provided with a second conductivity type impurity at a predetermined concentration.
Production method der transistor element comprising a gate electrode, a
A mask pattern on the semiconductor layer on the insulator layer.
Providing a mask and using the provided pattern as a mask.
Etching the semiconductor layer to make it thinner;
The second conductivity type impurity is introduced into this thinned region.
Providing the upper gate electrode by
The first and second first conductors are applied to the area masked by the
Providing a high-concentration impurity-doped layer;
Electrodes and the first and second conductivity type impurity high concentration layers.
Connecting the wiring terminals .
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】本発明の作用は以下の通りであ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The operation of the present invention is as follows.
【0022】絶縁体層上(後述する図1中の符号2)
に、半導体活性層(後述する図1中の符号3)を設け
る。この半導体活性層は、第1導電型不純物高濃度拡散
層(後述する図1中の符号5)、不純物低濃度領域(後
述する図1中の符号4)、第1導電型不純物高濃度拡散
層(後述する図1中の符号5)を、この順に横方向に接
続したものとする。そして、不純物低濃度領域の垂直上
方に、第2導電型不純物高濃度領域である半導体層から
なる上部ゲート電極(後述する図1中の符号6)を形成
する。絶縁体層の下部には、金属、金属シリサイド等の
導電体、又は半導体よりなる下部ゲート電極(後述する
図1中の符号1)を形成する。On the insulator layer (reference numeral 2 in FIG. 1 described later)
Is provided with a semiconductor active layer (reference numeral 3 in FIG. 1 described later). This semiconductor active layer includes a first conductivity type impurity high concentration diffusion layer (reference numeral 5 in FIG. 1 described later), a low impurity concentration region (reference number 4 in FIG. 1 described later), and a first conductivity type impurity high concentration diffusion layer. (Reference numeral 5 in FIG. 1 described later) are connected in this order in the horizontal direction. Then, an upper gate electrode (reference numeral 6 in FIG. 1 described later) made of a semiconductor layer, which is a second-conductivity-type high-impurity-concentration region, is formed vertically above the low-impurity-concentration region. Below the insulator layer, a lower gate electrode (reference numeral 1 in FIG. 1 described later) made of a conductor such as a metal, metal silicide, or a semiconductor is formed.
【0023】第1導電型がn型である場合には下部電極
に正の電位を印加し、上記第1導電型がp型である場合
には下部電極に負の電位を印加する。上部ゲート電極に
入力信号を印加し、第1導電型不純物高濃度拡散層の一
方又はこれに接続される素子から出力信号を得る。When the first conductivity type is n-type, a positive potential is applied to the lower electrode, and when the first conductivity type is p-type, a negative potential is applied to the lower electrode. An input signal is applied to the upper gate electrode, and an output signal is obtained from one of the first-conductivity-type impurity high-concentration diffusion layers or an element connected thereto.
【0024】また、上部ゲート電極の少なくとも一部
を、金属、金属シリサイド等、第2導電型不純物高濃度
半導体とは異なる材料(後述する図5中の符号10)で
形成する。Further, at least a part of the upper gate electrode is formed of a material (reference numeral 10 in FIG. 5 to be described later) such as a metal and a metal silicide, which is different from the second conductivity type impurity high concentration semiconductor.
【0025】さらにまた、半導体層下部の絶縁体層中
に、その第1導電型がn型である場合には正の電荷(後
述する図6中の「+」)を導入し、上記第1導電型がp
型である場合には負の電荷を導入する。あるいは、半導
体層下部の絶縁体中に強誘電体材料(後述する図7中の
強誘電体材料11)を埋込み、その界面に分極電荷を発
生させることにより上記電荷を半導体層の下部に導入す
る(図7中の「+」及び「−」)。これにより、下部ゲ
ート電極を省略することもできる。Further, when the first conductivity type is n-type, a positive charge (“+” in FIG. 6 described later) is introduced into the insulator layer below the semiconductor layer, and Conductivity type is p
If it is a type, a negative charge is introduced. Alternatively, a ferroelectric material (ferroelectric material 11 in FIG. 7 described later) is buried in an insulator below the semiconductor layer, and polarization charges are generated at the interface to introduce the charges into the lower part of the semiconductor layer. ("+" And "-" in FIG. 7). Thereby, the lower gate electrode can be omitted.
【0026】一方、不純物低濃度領域のうち、その下部
に位置する一部の領域(後述する図11中の真性領域
8)を、不純物低濃度領域中の他の領域よりも、バンド
ギャップの狭い材料により形成する。On the other hand, a part of the low impurity concentration region located below (the intrinsic region 8 in FIG. 11 described later) has a narrower band gap than other regions in the low impurity concentration region. It is formed of a material.
【0027】また、不純物低濃度領域を素子領域端より
も外側に延長し、さらにその外側に該不純物低濃度領域
より第2導電型の不純物濃度が高い領域を設ける(後述
する図29中における半導体層の延長部50)。The low impurity concentration region extends outside the end of the element region, and a region having a higher impurity concentration of the second conductivity type than the low impurity concentration region is further provided outside the low impurity concentration region (semiconductor in FIG. 29 described later). Layer extension 50).
【0028】さらにまた、絶縁体上の半導体層上にエッ
チングに対するマスクとなる材料のパターンを形成し
(後述する図18等における酸化膜36)、このパター
ンをマスクにして、半導体層をエッチングにより薄膜化
する。この薄膜化した領域に第1導電型不純物を高濃度
に拡散又はイオン注入することにより第1導電型不純物
高濃度拡散層を設ける。そのパターンによるマスク効果
によりエッチングされなかった領域には、第2導電型不
純物高濃度拡散層を設け、第1及び第2導電型不純物高
濃度拡散層に配線を接続し、第2導電型不純物高濃度拡
散層に接続する配線を入力端子とする。Further, a pattern of a material serving as a mask for etching is formed on the semiconductor layer on the insulator (an oxide film 36 in FIG. 18 and the like to be described later), and the semiconductor layer is thinned by etching using this pattern as a mask. Become By diffusing or ion-implanting the first conductivity type impurity at a high concentration in this thinned region, a first conductivity type impurity high concentration diffusion layer is provided. A second conductivity type impurity high concentration diffusion layer is provided in a region that has not been etched by the mask effect of the pattern, and wiring is connected to the first and second conductivity type impurity high concentration diffusion layers to form a second conductivity type impurity high concentration diffusion layer. A wiring connected to the concentration diffusion layer is an input terminal.
【0029】以下、本トランジスタの動作原理につい
て、nチャネルトランジスタの場合を例に述べる。pチ
ャネルトランジスタの場合は以下の極性をすべて逆にし
た場合が当てはまる。Hereinafter, the operation principle of the present transistor will be described by taking an n-channel transistor as an example. In the case of a p-channel transistor, the case where all the following polarities are reversed applies.
【0030】下部ゲートに正の電圧を印加すると、p型
領域の下部に、電子が流れるチャネルとなる反転層が形
成される。ここで、上部ゲート電極に入力される信号の
電圧が、ある電圧レベル(しきい値電圧Vth)である場
合に、反転層の形成と消失の遷移が起きるように、下部
ゲート1に与える電圧を設定する。しきい値電圧Vthの
値は、入力信号における高電圧レベルVH と低電圧レベ
ルVL との間の値か、あるいは低電圧レベルVL よりも
低い値をとる。When a positive voltage is applied to the lower gate, an inversion layer serving as a channel through which electrons flow is formed below the p-type region. Here, when the voltage of the signal input to the upper gate electrode is at a certain voltage level (threshold voltage Vth), the voltage applied to the lower gate 1 is changed so that transition between formation and disappearance of the inversion layer occurs. Set. The threshold voltage Vth takes a value between the high voltage level VH and the low voltage level VL of the input signal, or a value lower than the low voltage level VL.
【0031】これにより、上部ゲート電極にしきい値電
圧より高い電圧が印加された場合には、p型領域の下部
に反転層が形成されるためにトランジスタが導通する。
また、上部ゲート電極にしきい値電圧より低い電圧を印
加した場合には反転層が消失するため、トランジスタは
導通しない。従って、上部ゲート電極の入力信号を高電
圧レベルVH と低電圧レベルVL との間で変化させるこ
とにより、スイッチング又は増幅動作を行うことができ
る。Thus, when a voltage higher than the threshold voltage is applied to the upper gate electrode, the transistor is turned on because an inversion layer is formed below the p-type region.
When a voltage lower than the threshold voltage is applied to the upper gate electrode, the inversion layer disappears, so that the transistor does not conduct. Therefore, switching or amplifying operation can be performed by changing the input signal of the upper gate electrode between the high voltage level VH and the low voltage level VL.
【0032】ここで、第1の課題に対する作用を述べ
る。Here, the operation for the first problem will be described.
【0033】本発明のトランジスタ素子は、通常の電界
効果型トランジスタ(MOSFET)と異なり、ゲート
酸化膜を介さずに、上部ゲート電極を直接第2導電型領
域に接触させる。MOSFETではゲート電極とチャネ
ルとの間にゲート酸化膜が介在するため、ゲート電極に
よるチャネル電位の制御性を高めるためには、ゲート酸
化膜を薄くする必要がある。これに対して本構造は上部
ゲート電極が空乏層を介してチャネルに隣接しており、
ゲートとチャネルの間に誘電率の低く静電容量が小さい
酸化膜が存在しない。この素子において、通常のMOS
FETのゲート―チャネル間容量に相当するのは、中性
領域とチャネルとの間の容量となる(後述する図2中の
容量CCG)。ここで、ゲート電極とチャネルとの間には
誘電率の高い半導体層があるため、ゲート―チャネル間
容量の値が増加し、ゲートによるチャネルの制御性が高
まる。また、ゲート―チャネル間容量の値をより大きく
設定するためには、第2導電型領域の不純物濃度を上昇
させるか、第2導電型領域下部の低濃度領域(後述する
図11中の真性領域8)を薄くするだけで良く、薄いゲ
ート酸化膜を形成する必要がない。In the transistor element of the present invention, unlike an ordinary field effect transistor (MOSFET), the upper gate electrode is brought into direct contact with the second conductivity type region without interposing a gate oxide film. In a MOSFET, since a gate oxide film is interposed between a gate electrode and a channel, the gate oxide film needs to be thin in order to improve the controllability of the channel potential by the gate electrode. In contrast, in this structure, the upper gate electrode is adjacent to the channel via the depletion layer,
There is no oxide film having a low dielectric constant and a small capacitance between the gate and the channel. In this element, a normal MOS
The capacitance between the neutral region and the channel corresponds to the gate-channel capacitance of the FET (the capacitance CCG in FIG. 2 described later). Here, since there is a semiconductor layer having a high dielectric constant between the gate electrode and the channel, the value of the gate-channel capacitance increases, and the controllability of the channel by the gate increases. Further, in order to set a larger value of the gate-channel capacitance, the impurity concentration of the second conductivity type region is increased or a low concentration region below the second conductivity type region (an intrinsic region in FIG. 8) only needs to be reduced, and there is no need to form a thin gate oxide film.
【0034】また、本発明のトランジスタ素子では、短
チャネル効果の抑制のために上部ゲート電極に隣接する
第2導電型領域の不純物濃度を上昇させると、その内部
の中性領域とチャネルとの間の容量の値が増加する。Further, in the transistor element of the present invention, when the impurity concentration of the second conductivity type region adjacent to the upper gate electrode is increased to suppress the short channel effect, the gap between the neutral region and the channel inside the region is increased. Capacity value increases.
【0035】次に、第2の課題に関する作用を述べる。
本発明のトランジスタ素子では、中性領域(p型領域4
の上部に形成される)に上部から第2導電型不純物高濃
度拡散層(p +領域よりなる上部ゲート電極)が接続さ
れているか、第2導電型不純物高濃度拡散層自体がSO
I層中の中性領域としての役割を持つ。このため、第2
導電型不純物高濃度拡散層を通して第2導電型キャリア
の流入、排出が速やかに行われるため、基板浮遊効果が
発生しない。Next, the operation relating to the second problem will be described.
In the transistor element of the present invention, the neutral region (p-type region 4
Formed at the top of the second conductive type impurity
Diffusion layer (p + Region (upper gate electrode)
Or the second conductivity type impurity high concentration diffusion layer itself is SO
It has a role as a neutral region in the I layer. Therefore, the second
Second conductive type carrier through conductive type impurity high concentration diffusion layer
Inflow and discharge of the substrate are performed promptly, so that the substrate floating effect
Does not occur.
【0036】また、上部ゲート電極の上部や側面に抵抗
の低い金属や金属シリサイドを接触させることで、上部
ゲート電極のチャネル幅方向の抵抗を低減できる。金属
層を上部ゲートの上面だけでなく、その側面にも接触さ
せることにより、上部ゲートを構成する半導体と、金属
層間の接触抵抗を低減できる。Further, by contacting a metal or a metal silicide with low resistance to the upper portion or the side surface of the upper gate electrode, the resistance of the upper gate electrode in the channel width direction can be reduced. By contacting the metal layer not only on the upper surface of the upper gate but also on the side surface thereof, the contact resistance between the semiconductor constituting the upper gate and the metal layer can be reduced.
【0037】さらにまた、上部ゲート電極のうち、低濃
度不純物領域に接触する少なくとも一部分を金属で構成
することにより、上部ゲート電極と半導体層との間にシ
ョットキー接触が得られるので、上部ゲートから半導体
層に流入するリーク電流を低減できる。Further, by forming at least a part of the upper gate electrode which is in contact with the low concentration impurity region with a metal, a Schottky contact can be obtained between the upper gate electrode and the semiconductor layer. Leakage current flowing into the semiconductor layer can be reduced.
【0038】一方、半導体下部の絶縁層中に電荷を導入
すると(後述する図6参照)、これらの電荷による電界
が、下部ゲートによる電界と同じ役割をするため、下部
ゲートに印加する電圧を低減することができる。あるい
は下部ゲートを省略することができる。On the other hand, when electric charges are introduced into the insulating layer below the semiconductor (see FIG. 6 to be described later), the electric field generated by these electric charges plays the same role as the electric field generated by the lower gate, so that the voltage applied to the lower gate is reduced. can do. Alternatively, the lower gate can be omitted.
【0039】また、半導体下部の絶縁層中に強誘電体よ
りなる層を設けることにより(後述する図7参照)、強
誘電体の界面に分極電荷を発生させると、分極電荷から
の電界に下部ゲートによる電界と同じ役割を持たせるこ
とができる。Further, by providing a layer made of a ferroelectric substance in the insulating layer below the semiconductor (see FIG. 7 to be described later), when a polarization charge is generated at the interface of the ferroelectric substance, the electric field from the polarization charge lowers the electric field from the polarization charge. It can have the same role as the electric field by the gate.
【0040】さらにまた、バンドギャップの狭い材料を
低濃度領域(後述する図9の符号14)の下部に設ける
(後述する図9の符号13)ことにより、チャネルにお
けるキャリア濃度を上昇させることができる。狭バンド
ギャップ材料であるゲルマニウムは正孔の移動度が大き
いので、nチャネルトランジスタに図1の構造、pチャ
ネルトランジスタに後述する図9の構造を用いて、CM
OS回路のMOSFETを置き換えると、高速な回路動
作が可能になる。Further, by providing a material having a narrow band gap below the low concentration region (reference numeral 14 in FIG. 9 described later) (reference numeral 13 in FIG. 9 described later), the carrier concentration in the channel can be increased. . Germanium, which is a narrow bandgap material, has a high hole mobility. Therefore, using the structure of FIG. 1 for an n-channel transistor and the structure of FIG.
Replacing the MOSFET in the OS circuit enables high-speed circuit operation.
【0041】ここで、下部ゲートの一部を浮遊ゲートと
して、下部ゲートから分離し、浮遊ゲートに下部ゲート
から酸化膜を通して電荷を注入/排出する。浮遊ゲート
に正の電荷を注入すると、図1の構造において下部ゲー
トに正の電荷を印加した場合と同じ効果が得られる。そ
して、浮遊ゲートの正電荷を排出するか、浮遊ゲートに
負の電荷を注入すると、トランジスタのしきい値が上昇
する。各時点においてLSI中で動作させる必要のない
回路ブロックのしきい値をこの方法により上昇させる
と、オフ状態においてトランジスタに流れるリーク電流
を低減できるので、消費電力を低減できる。Here, a part of the lower gate is used as a floating gate, separated from the lower gate, and charges are injected / discharged from the lower gate through the oxide film from the lower gate. Injecting positive charges into the floating gate has the same effect as applying positive charges to the lower gate in the structure of FIG. When the positive charge of the floating gate is discharged or the negative charge is injected into the floating gate, the threshold value of the transistor increases. If the threshold value of a circuit block that does not need to be operated in the LSI at each time is increased by this method, the leakage current flowing through the transistor in the off state can be reduced, so that power consumption can be reduced.
【0042】さらにまた、同様に図1の構造における下
部ゲートの電圧や、図7における分極電荷を制御するこ
とにより、トランジスタのしきい値を変化させ、同様に
オフ状態においてトランジスタに流れるリーク電流を低
減し、消費電力を低減することができる。Further, similarly, by controlling the voltage of the lower gate in the structure of FIG. 1 and the polarization charge in FIG. 7, the threshold value of the transistor is changed, and the leakage current flowing through the transistor in the off state is similarly reduced. Power consumption can be reduced.
【0043】そして、第1導電型のチャネルが形成され
る部分を第2導電型不純物濃度、あるいは、その付近の
不純物濃度を、第2導電型の他の領域や上部ゲート電極
を構成する第2導電型高濃度不純物拡散層よりも低くす
るか、この部分を真性領域により構成すると(後述する
図4、図11参照)、チャネル領域の不純物散乱が減る
ので電流値が増加すると共に、第2導電型領域とソース
・ドレイン領域との間の寄生容量を低減できる。Then, the portion where the channel of the first conductivity type is formed is changed to the second conductivity type impurity concentration or the impurity concentration in the vicinity thereof is changed to the second region of the second conductivity type or the second gate forming the upper gate electrode. If the impurity concentration is lower than that of the high-concentration impurity diffusion layer of the conductivity type, or if this portion is formed of an intrinsic region (see FIGS. 4 and 11 described later), impurity scattering in the channel region is reduced, so that the current value is increased and the second conductive region is increased. The parasitic capacitance between the mold region and the source / drain region can be reduced.
【0044】また、本発明では第2導電型高濃度不純物
拡散層と第1導電型高濃度不純物拡散層を、横方向(例
えば、図1)あるいは縦方向(例えば、図5)に分離す
るので、これらが接触することによってバンド間トンネ
ルによりリーク電流が発生することを防ぐことができ
る。上部ゲート電極とソース・ドレイン領域とを、横方
向(例えば、図1)あるいは縦方向(例えば、図5)に
分離するので、上部ゲート電極とソース・ドレイン領域
との間の容量(寄生容量となるフリンジ容量)を低減す
ることができる。このような寄生容量が減ると、素子を
高速に動作させることができる。In the present invention, the second conductivity type high concentration impurity diffusion layer and the first conductivity type high concentration impurity diffusion layer are separated in the horizontal direction (for example, FIG. 1) or the vertical direction (for example, FIG. 5). It is possible to prevent a leak current from being generated due to band-to-band tunneling due to contact between them. Since the upper gate electrode and the source / drain region are separated in the horizontal direction (for example, FIG. 1) or the vertical direction (for example, FIG. 5), the capacitance between the upper gate electrode and the source / drain region (parasitic capacitance and Fringe capacity) can be reduced. When such parasitic capacitance is reduced, the element can be operated at high speed.
【0045】本発明のトランジスタはシリコン材料に適
用できるため、従来のシリコンLSIの製造装置、製造
プロセスを用いて、製造することができる。Since the transistor of the present invention can be applied to a silicon material, it can be manufactured by using a conventional silicon LSI manufacturing apparatus and manufacturing process.
【0046】また、上部ゲート電極を通常のMOSFE
Tにおけるゲート電極とみなして、回路中のMOSFE
Tを本発明のトランジスタにより置換えることにより、
MOSFETにより構成される通常の回路、たとえばC
MOS回路を、本発明のトランジスタにより構成でき
る。The upper gate electrode is made of a normal MOSFE.
MOSFE in the circuit assuming the gate electrode at T
By replacing T with the transistor of the present invention,
Normal circuit constituted by MOSFET, for example, C
A MOS circuit can be constituted by the transistor of the present invention.
【0047】さらにまた、低不純物濃度領域を素子領域
端よりも外側に延長し、さらにその外側に該低不純物濃
度領域より第2導電型の不純物濃度が高い領域を設ける
(図29における延長部50)。これにより、オフ状態
において下部ゲートによって素子領域端(チャネル幅方
向のチャネルの端)が反転され、リーク電流が流れるこ
とを防ぐことができる。第2導電型の不純物濃度が高い
領域では反転層が形成されにくいため、この領域を素子
領域端に設けることにより、OFF状態においても反転
もしくは弱反転が起きやすい素子領域端において反転も
しくは弱反転によりリーク電流が流れることを抑制でき
る。Further, the low impurity concentration region is extended outward from the end of the element region, and a region having a higher impurity concentration of the second conductivity type than the low impurity concentration region is provided outside the low impurity concentration region (extending portion 50 in FIG. 29). ). Thereby, in the off state, the end of the element region (the end of the channel in the channel width direction) is inverted by the lower gate, and leakage current can be prevented from flowing. Since an inversion layer is difficult to be formed in a region where the impurity concentration of the second conductivity type is high, by providing this region at the end of the element region, inversion or weak inversion is likely to occur at the end of the element region where inversion or weak inversion easily occurs even in the OFF state. Leakage current can be suppressed.
【0048】そして、第2導電型の不純物濃度が高い領
域をソース・ドレイン領域よりも外側に設けることによ
り、第2導電型層とソース・ドレイン領域間の容量が増
すのを抑制すると共に、高不純物濃度の第2導電型層と
ソース・ドレイン領域との間にバンド間トンネルによる
リーク電流が流れることを抑制することができる。By providing a region having a high impurity concentration of the second conductivity type outside the source / drain region, it is possible to suppress an increase in capacitance between the second conductivity type layer and the source / drain region, It is possible to suppress the flow of a leak current due to an interband tunnel between the second conductivity type layer having the impurity concentration and the source / drain region.
【0049】また、絶縁体上の半導体層上にエッチング
に対するマスクとなる材料のパターンを形成し、該パタ
ーンをマスクに半導体層をエッチングにより薄膜化し、
薄膜化した領域に第1導電型不純物を高濃度に拡散又は
イオン注入することにより第1導電型不純物高濃度拡散
層を設け、該パターンによるマスク効果によりエッチン
グされなかった領域には、第2導電型不純物高濃度拡散
層を設け、第1及び第2導電型不純物高濃度拡散層に配
線を接続し、第2導電型不純物高濃度拡散層に接続する
配線を入力端子とすることにより、凸型の半導体からな
る構造を有し、上記の作用を持つトランジスタを製造す
ることができる。Further, a pattern of a material serving as a mask for etching is formed on the semiconductor layer on the insulator, and the semiconductor layer is thinned by etching using the pattern as a mask.
The first conductive type impurity is diffused or ion-implanted at a high concentration in the thinned region to provide a first conductive type impurity high concentration diffusion layer, and the second conductive type impurity is not etched by the mask effect of the pattern. A high-concentration impurity diffusion layer, a wiring connected to the first and second conductivity-type impurity high-concentration diffusion layers, and a wiring connected to the second conductivity-type impurity high-concentration diffusion layer serving as an input terminal. A transistor having the structure described above and having the above operation can be manufactured.
【0050】次に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0051】図1は本発明によるトランジスタ素子の第
1の実施例の構成を示す断面図である。図において、本
発明の第1の実施例によるトランジスタ素子は、絶縁体
層である埋込み酸化膜2上に、半導体よりなる半導体活
性層3が形成されている。この半導体活性層3は、不純
物低濃度領域であるp型領域4と、このp型領域4を挟
んで両側に設けられ半導体よりなる第1導電型不純物高
濃度拡散層であるソース・ドレイン領域5とを含んで構
成されている。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a first embodiment of the transistor element according to the present invention. In the figure, in the transistor element according to the first embodiment of the present invention, a semiconductor active layer 3 made of a semiconductor is formed on a buried oxide film 2 which is an insulator layer. The semiconductor active layer 3 includes a p-type region 4 which is a low impurity concentration region and a source / drain region 5 which is provided on both sides of the p-type region 4 and is a first conductivity type impurity high concentration diffusion layer made of a semiconductor. It is comprised including.
【0052】さらに、不純物低濃度領域であるp型領域
4の垂直上方には、第2導電型不純物高濃度領域である
半導体層により形成される上部ゲート電極6が形成され
ている。そして、絶縁体層である埋込み酸化膜2の下部
には、金属、金属シリサイド等の導電体、又は半導体よ
りなる下部ゲート電極1が形成されている。Further, above the p-type region 4 which is a low impurity concentration region, an upper gate electrode 6 formed of a semiconductor layer which is a second conductivity type high impurity concentration region is formed. Below the buried oxide film 2 as an insulator layer, a lower gate electrode 1 made of a conductor such as metal, metal silicide, or a semiconductor is formed.
【0053】ここで、上記の第1導電型がn型である場
合には下部電極に正の電位、上記第1導電型がp型であ
る場合には下部電極に負の電位を印加し、上部ゲート電
極に入力信号を印加し、第1導電型不純物高濃度拡散層
の一方又はこれに接続される素子から出力信号を得る。Here, when the first conductivity type is n-type, a positive potential is applied to the lower electrode. When the first conductivity type is p-type, a negative potential is applied to the lower electrode. An input signal is applied to the upper gate electrode, and an output signal is obtained from one of the first-conductivity-type impurity high-concentration diffusion layers or an element connected thereto.
【0054】このトランジスタ素子は、以下の手順によ
って形成することができる。まず、リン(P)を1×1
0 18 [cm−3]導入したn型のシリコン基板よりな
る下部ゲート1上に厚さ100[nm]の埋込み酸化膜
2を介して厚さ10[nm]の単結晶シリコンよりなる
SOI層3を設ける。SOI層3の中央部には、ほう素
を1×10 18 [cm−3]導入したp型領域4を幅1
00[nm]にわたり設ける。p型領域4の両側には、
リンを1×10 20 [cm−3]導入したn+領域より
なるソース・ドレイン領域5を設ける。p型領域4の中
央部には80[nm]にわたり、p型領域4の上部に接
するように、高さ200[nm]のp+領域よりなる上
部ゲート電極6を設ける。This transistor element can be formed by the following procedure. First, phosphorus (P) is 1 × 1
SOI layer 3 made of single-crystal silicon having a thickness of 10 [nm] via a buried oxide film 2 having a thickness of 100 [nm] on lower gate 1 made of an n-type silicon substrate into which 0 18 [cm -3 ] has been introduced. Is provided. In the center of the SOI layer 3, a p-type region 4 into which boron is introduced at 1 × 10 18 [cm −3 ] has a width of 1 × 10 18 [cm −3 ].
Provided over 00 [nm]. On both sides of the p-type region 4,
A source / drain region 5 composed of an n + region into which phosphorus is introduced at 1 × 10 20 [cm −3 ] is provided. An upper gate electrode 6 made of ap + region having a height of 200 [nm] is provided at the center of the p-type region 4 so as to be in contact with the upper part of the p-type region 4 over 80 [nm].
【0055】下部ゲート1には正の電圧を印加すること
により、p型領域4の下部に反転層7が形成される。こ
こで、上部ゲート電極6に入力される信号の電圧が、高
電圧レベル(VH )と低電圧レベル(VL )との間のあ
る電圧、すなわちしきい値電圧(Vth)である場合に、
反転層の形成/消失が行われるように、下部ゲート1に
与える電圧を設定する。これにより、上部ゲート電極6
にしきい値電圧より高い電圧が印加された場合には、p
型領域4の下部に反転層が形成されるためにトランジス
タが導通する。また上部ゲート電極6にしきい値電圧よ
り低い電圧を印加した場合には反転層が消失するため、
トランジスタには電流が導通しない。従って、上部ゲー
ト電極の入力信号を高電圧レベル(VH )と低電圧レベ
ル(VL)との間で変化させることにより、スイッチン
グ又は増幅動作を行うことができる。高電圧レベルVH
、低電圧レベルVL 及び下部ゲートの印加電圧は、そ
れぞれ例えば、0.8[V]、0.0[V]、15
[V]とする。By applying a positive voltage to the lower gate 1, an inversion layer 7 is formed below the p-type region 4. Here, when the voltage of the signal input to the upper gate electrode 6 is a certain voltage between the high voltage level (VH) and the low voltage level (VL), that is, the threshold voltage (Vth),
The voltage applied to the lower gate 1 is set so that the formation / disappearance of the inversion layer is performed. Thereby, the upper gate electrode 6
When a voltage higher than the threshold voltage is applied to
Since the inversion layer is formed below the mold region 4, the transistor is turned on. When a voltage lower than the threshold voltage is applied to the upper gate electrode 6, the inversion layer disappears.
No current flows through the transistor. Therefore, switching or amplifying operation can be performed by changing the input signal of the upper gate electrode between the high voltage level (VH) and the low voltage level (VL). High voltage level VH
, The low voltage level VL and the applied voltage of the lower gate are, for example, 0.8 [V], 0.0 [V], 15 [V], respectively.
[V].
【0056】すなわち本実施例では、通常の電界効果型
トランジスタ(MOSFET)と異なり、ゲート酸化膜
を介さずに、上部ゲート電極を直接第2導電型領域に接
触させる。これにより薄いゲート酸化膜を形成しなくと
もゲート―チャネル間容量CCGが増加し、ゲートによる
チャネルの制御性が増すのである。That is, in this embodiment, unlike an ordinary field-effect transistor (MOSFET), the upper gate electrode is brought into direct contact with the second conductivity type region without passing through the gate oxide film. This increases the gate-to-channel capacitance CCG without forming a thin gate oxide film, thereby increasing the controllability of the channel by the gate.
【0057】また、本実施例では、短チャネル効果の抑
制のために上部ゲート電極に隣接する第2導電型領域の
不純物濃度を上昇させると、その内部の中性領域とチャ
ネル間の容量が増加する。このため、短チャネル効果の
抑制のために基板不純物濃度を上昇させると、通常の電
界効果型トランジスタとは逆に、ゲート―チャネル間容
量CCGの値が増加し、ゲート電極によるチャネル領域の
制御性が改善される。In this embodiment, when the impurity concentration of the second conductivity type region adjacent to the upper gate electrode is increased to suppress the short channel effect, the capacitance between the neutral region and the channel inside the region increases. I do. For this reason, when the substrate impurity concentration is increased to suppress the short channel effect, the value of the gate-channel capacitance CCG increases, contrary to a normal field effect transistor, and the controllability of the channel region by the gate electrode is increased. Is improved.
【0058】さらにまた、本実施例では、しきい値電圧
は下部ゲート電極により制御されるため、短チャネル効
果の抑制を目的とした基板不純物の高濃度化と、しきい
値の設定とが独立に行えるのである。従って、通常の電
界効果型トランジスタにおいて、しきい値電圧の設定と
短チャネル効果の抑制が、互いに悪影響を及ぼしあうと
いう問題、例えば短チャネル効果を抑制するために基板
不純物濃度を上昇させるとしきい値電圧が高くなりすぎ
るという問題、が解決される。Furthermore, in this embodiment, since the threshold voltage is controlled by the lower gate electrode, the increase in the concentration of the substrate impurity for suppressing the short channel effect and the setting of the threshold value are independent. You can do it. Therefore, in a normal field-effect transistor, the problem that the setting of the threshold voltage and the suppression of the short-channel effect adversely affect each other, for example, if the substrate impurity concentration is increased to suppress the short-channel effect, The problem that the voltage becomes too high is solved.
【0059】そして、中性領域(p型領域4の上部に形
成される)に上部から第2導電型不純物高濃度拡散層
(p +領域よりなる上部ゲート電極6)が接続している
か、第2導電型不純物高濃度拡散層自体がSOI層中の
中性領域としての役割を持つため、第2導電型不純物高
濃度拡散層を通して第2導電型キャリアの流入、排出が
速やかに行われるため、基板浮遊効果が発生しない。Then, a neutral region (a region above the p-type region 4)
Formed from above the second conductive type impurity high concentration diffusion layer
(P The upper gate electrode 6) composed of the + region is connected.
Or, the second conductivity type impurity high concentration diffusion layer itself is in the SOI layer.
Since it has a role as a neutral region, the second conductivity type impurity is high.
Inflow and outflow of the second conductivity type carrier through the concentration diffusion layer
Since it is performed promptly, the substrate floating effect does not occur.
【0060】ここで、チャネル―下部ゲート間の容量は
不純物濃度に依存しない。図2に示されているように、
中性領域107とチャネルとの間の容量は、通常の電界
効果型トランジスタのゲート―チャネル間容量CCGに相
当し、チャネル―下部ゲート間の容量は通常のトランジ
スタのチャネル―基板間CCB容量に相当する。したがっ
て、本トランジスタ素子では、短チャネル効果の抑制の
ために基板不純物濃度を上昇させると、通常の電界効果
型トランジスタとは逆に、ゲート―チャネル間容量CCG
が増加することになり、ゲート電極によるチャネル領域
の制御性が改善されるのである。Here, the capacitance between the channel and the lower gate does not depend on the impurity concentration. As shown in FIG.
The capacitance between the neutral region 107 and the channel corresponds to the gate-channel capacitance CCG of a normal field effect transistor, and the capacitance between the channel and lower gate corresponds to the channel-substrate CCB capacitance of a normal transistor. I do. Therefore, in the present transistor element, when the substrate impurity concentration is increased in order to suppress the short channel effect, the gate-to-channel capacitance CCG becomes opposite to that of the ordinary field effect transistor.
Is increased, and the controllability of the channel region by the gate electrode is improved.
【0061】また、本トランジスタ素子では、しきい値
電圧は下部ゲート電極により制御されるため、短チャネ
ル効果の抑制を目的とした基板不純物の高濃度化と、し
きい値の設定が独立に行える。すなわち、基板不純物濃
度を短チャネル効果の抑制に充分な濃度にまず設定し、
次に必要なしきい値電圧が得られるように下部ゲート電
極の電位を設定すれば良い。nチャネルトランジスタを
例にとると、しきい値を上げる場合は下部ゲートの電位
を低下させ、しきい値を下げる場合は下部ゲートの電位
を上昇させれば良い。従って、しきい値電圧の設定と短
チャネル効果の抑制が、互いに悪影響を及ぼしあうとい
う問題、例えば短チャネル効果を抑制するために基板不
純物濃度を上昇させるとしきい値電圧が高くなりすぎる
という問題、が解決される。In the present transistor element, the threshold voltage is controlled by the lower gate electrode. Therefore, it is possible to independently increase the concentration of the substrate impurity for the purpose of suppressing the short channel effect and set the threshold value. . That is, the substrate impurity concentration is first set to a concentration sufficient to suppress the short channel effect,
Next, the potential of the lower gate electrode may be set so that a necessary threshold voltage is obtained. Taking an n-channel transistor as an example, the potential of the lower gate may be lowered to raise the threshold, and the potential of the lower gate may be raised to lower the threshold. Therefore, the problem that the setting of the threshold voltage and the suppression of the short channel effect adversely affect each other, for example, the problem that the threshold voltage becomes too high when the substrate impurity concentration is increased to suppress the short channel effect, Is resolved.
【0062】この様子が図3に示されている。同図に示
されているように、しきい値の設定(矢印YS )と短チ
ャネル効果の抑制(矢印YT )とが依存せず、独立して
制御することができるのである。なお、同図中の矢印Y
C はチャネルの制御を示している。This situation is shown in FIG. As shown in the figure, the setting of the threshold value (arrow YS) and the suppression of the short channel effect (arrow YT) do not depend on each other, and can be controlled independently. The arrow Y in FIG.
C indicates control of the channel.
【0063】ここで、図1において、p型領域4を不純
物を導入しない真性領域8により置き換えた例が図4に
示されている。また、p型領域4は低濃度、例えば1×
10 17 [cm−3]のリンを導入したn−型の領域に
置き換えても良い。また、下部ゲートは金属や、金属シ
リサイドにより形成しても良い。Here, FIG. 4 shows an example in which the p-type region 4 in FIG. 1 is replaced by an intrinsic region 8 into which no impurity is introduced. The p-type region 4 has a low concentration, for example, 1 ×
It may be replaced with an n - type region into which 10 17 [cm −3 ] phosphorus is introduced. Further, the lower gate may be formed of metal or metal silicide.
【0064】なお、図1及び図4において、下部ゲート
は、ほう素(B)を導入したn型のシリコン基板により
形成しても良い。In FIGS. 1 and 4, the lower gate may be formed of an n-type silicon substrate into which boron (B) is introduced.
【0065】図5は本発明の第2の実施例によるトラン
ジスタ素子の構成を示す断面図である。この構造は図1
の構造において、p型領域4をソース・ドレイン領域5
よりも上部に40[nm]延長し、その上部にp型領域
4と同じ幅を持ち、高さが100[nm]のp +領域よ
りなる上部ゲート電極6を設ける。ソース・ドレイン領
域上には厚さ50[nm]の酸化膜9を設け、その上部
に上部ゲート電極6を囲むようにタングステン(W)よ
りなる厚さ100[nm]の金属層10を設ける。FIG. 5 shows a transformer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a transistor element. This structure is shown in FIG.
Structure, the p-type region 4 is replaced with the source / drain region 5
Extends 40 nm above and a p-type region above
4 having the same width as 4 and a height of 100 [nm] + Area
An upper gate electrode 6 is provided. Source / drain area
An oxide film 9 having a thickness of 50 [nm] is provided on the
Tungsten (W) to surround the upper gate electrode 6
A metal layer 10 having a thickness of 100 [nm] is provided.
【0066】すなわち、上部ゲート電極6の少なくとも
一部を金属、金属シリサイド等、高濃度第2導電型半導
体とは異なる材料で形成するのである。That is, at least a portion of the upper gate electrode 6 is formed of a material different from the high-concentration second conductivity type semiconductor, such as metal or metal silicide.
【0067】ここで金属層の材質はタングステン(W)
に限らず他の金属、例えば、モリブデン(Mo)、銅
(Cu)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、
チタン(Ti)等でも良い。また合金や、金属シリサイ
ドを用いても良い。Here, the material of the metal layer is tungsten (W).
Not limited to other metals, for example, molybdenum (Mo), copper (Cu), tantalum (Ta), aluminum (Al),
Titanium (Ti) or the like may be used. Further, an alloy or a metal silicide may be used.
【0068】すなわち本実施例では、上部ゲート電極の
上部や側面に抵抗の低い金属や金属シリサイドを接触さ
せているのである。これにより、上部ゲート電極のチャ
ネル幅方向の抵抗を低減できるのである。また、金属層
10を上部ゲート電極の上面だけでなく、その側面にも
接触させることにより、上部ゲート電極を構成する半導
体と、金属層間の接触抵抗を低減できるのである。That is, in this embodiment, a metal or a metal silicide having a low resistance is brought into contact with the upper portion or the side surface of the upper gate electrode. Thereby, the resistance of the upper gate electrode in the channel width direction can be reduced. Further, by bringing the metal layer 10 into contact with not only the upper surface of the upper gate electrode but also the side surfaces thereof, the contact resistance between the semiconductor constituting the upper gate electrode and the metal layer can be reduced.
【0069】図6は本発明の第3の実施例によるトラン
ジスタ素子の構成を示す断面図である。これは図1の構
造において、埋込み酸化膜2中のp型領域4の下部に当
たる領域に、正の電荷「+」を導入するものである。正
の電荷は、例えば埋込み酸化膜中にシリコンをイオン注
入し、酸化膜中にE´センターと呼ばれる欠陥を導入す
ることで形成する。または、埋込み酸化膜をCVD法等
により形成し、同様の欠陥を導入することにより形成す
る。なお、E´センターとは、SiO2 中にSiを過剰
に導入したことにより発生する酸化膜の欠陥である。S
iに酸素と結合できない余剰な結合手が生じるために、
正の電荷を帯びるものである。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a transistor element according to the third embodiment of the present invention. This is to introduce a positive charge “+” into a region below the p-type region 4 in the buried oxide film 2 in the structure of FIG. The positive charge is formed, for example, by ion-implanting silicon into a buried oxide film and introducing a defect called an E ′ center into the oxide film. Alternatively, a buried oxide film is formed by a CVD method or the like, and is formed by introducing a similar defect. The E ′ center is a defect of the oxide film caused by excessive introduction of Si into SiO 2 . S
Because there is an extra bond that cannot bind to oxygen in i,
It has a positive charge.
【0070】正の電荷からの電界により、p型領域4の
下部に反転層が形成されるので、この正電荷は、下部ゲ
ートに正の電圧を印加することと同じ作用を持つ。図6
の実施例においては、下部ゲートに正の電圧を印加して
もよく、また印加しなくても良い。また、下部ゲートが
存在しなくても良い。Since an inversion layer is formed below p-type region 4 by the electric field from the positive charge, the positive charge has the same effect as applying a positive voltage to the lower gate. FIG.
In the embodiment, a positive voltage may or may not be applied to the lower gate. Also, the lower gate need not be present.
【0071】トランジスタがpチャネルの場合には、負
の電荷を導入する。これは例えば酸化膜中にアルミニウ
ム(Al)をイオン注入することにより形成する。When the transistor is a p-channel transistor, a negative charge is introduced. This is formed, for example, by ion-implanting aluminum (Al) into the oxide film.
【0072】すなわち本実施例では、半導体層下部の絶
縁体層中に、第1導電型がn型である場合には正の、第
1導電型がp型である場合には負の電荷を導入するので
ある。That is, in this embodiment, a positive charge is applied to the insulator layer below the semiconductor layer when the first conductivity type is n-type, and a negative charge is applied to the insulator layer below the semiconductor layer when the first conductivity type is p-type. Introduce.
【0073】そして、半導体下部の絶縁層中に電荷を導
入すると、これらの電荷による電界が、下部ゲートによ
る電界と同じ役割をするため、下部ゲートに印加する電
圧を低減することができる。あるいは下部ゲートを省略
することができる。When electric charges are introduced into the insulating layer below the semiconductor, the electric field generated by these electric charges plays the same role as the electric field generated by the lower gate, so that the voltage applied to the lower gate can be reduced. Alternatively, the lower gate can be omitted.
【0074】図7は本発明の第4の実施例によるトラン
ジスタ素子の構成を示す断面図である。これは図6の構
造において、酸化膜中の正電荷を導入するために、埋込
み酸化膜の一部を強誘電体材料11に置き換えたもので
ある。ここで強誘電体材料11の厚さは例えば300
[nm]で、その上下にそれぞれ厚さ50[nm]の酸
化膜を形成する。下部ゲートに一度正の電圧を印加する
と、強誘電体材料の上部界面に正の分極電荷、下部界面
に負の分極電荷が形成され、その後下部ゲートの電位を
0[V]に戻すと、分極電荷はそのまま残り、上部界面
の正の分極電荷が図6の構造における正電荷と同じ作用
をする。FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a transistor element according to a fourth embodiment of the present invention. In this structure, a part of the buried oxide film is replaced with a ferroelectric material 11 in order to introduce a positive charge in the oxide film in the structure of FIG. Here, the thickness of the ferroelectric material 11 is, for example, 300
[Nm], an oxide film having a thickness of 50 [nm] is formed on the upper and lower sides thereof. Once a positive voltage is applied to the lower gate, a positive polarization charge is formed at the upper interface of the ferroelectric material, and a negative polarization charge is formed at the lower interface. After that, when the potential of the lower gate is returned to 0 [V], polarization occurs. The charge remains intact and the positive polarization charge at the upper interface acts the same as the positive charge in the structure of FIG.
【0075】強誘電体材料には、BaTiO3 、SrT
iO3 、PbTiO3 、あるいは他の強誘電体を用い
る。The ferroelectric materials include BaTiO 3 , SrT
iO 3 , PbTiO 3 , or another ferroelectric is used.
【0076】すなわち本実施例では、半導体層下部の絶
縁体中に強誘電体材料を埋込み、その界面に分極電荷を
発生させることにより、電荷を半導体層の下部に導入し
ているのである。これにより、下部ゲート電極を省略す
ることもできるのである。That is, in this embodiment, the ferroelectric material is buried in the insulator below the semiconductor layer, and polarization charges are generated at the interface, whereby the charges are introduced into the lower part of the semiconductor layer. Thereby, the lower gate electrode can be omitted.
【0077】また、半導体下部の絶縁層中に強誘電体よ
りなる層を設けることにより、強誘電体の界面に分極電
荷を発生させると、分極電荷からの電界に下部ゲートに
よる電界と同じ役割を持たせることができる。By providing a ferroelectric layer in the insulating layer below the semiconductor, a polarization charge is generated at the interface of the ferroelectric, and the electric field from the polarization charge plays the same role as the electric field by the lower gate. You can have.
【0078】図8は本発明の第5の実施例によるトラン
ジスタ素子の構成を示す断面図である。図1の構造にお
ける上部ゲート電極6を、p +シリコンの代わりにタン
グステン(W)により形成し、ショットキー上部ゲート
電極12とする。FIG. 8 shows a transformer according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a transistor element. In the structure of FIG.
The upper gate electrode 6 to be + Tongue instead of silicon
Formed by gusten (W), Schottky upper gate
The electrode 12 is used.
【0079】ショットキー上部ゲート電極12とp型領
域との間は、抵抗が大きいショットキー接触になるの
で、上部ゲート電極とソース・ドレイン領域間のリーク
電流が低減される。Since a high resistance Schottky contact is made between Schottky upper gate electrode 12 and the p-type region, a leak current between the upper gate electrode and the source / drain region is reduced.
【0080】すなわち本実施例では、上部ゲート電極の
うち、低濃度不純物領域に接触する少なくとも一部分を
金属で構成しているのである。これにより、上部ゲート
電極と半導体層間にショットキー接触が得られるので、
上部ゲート電極から半導体層に流入するリーク電流を低
減できるのである。That is, in the present embodiment, at least a part of the upper gate electrode which is in contact with the low concentration impurity region is made of metal. As a result, a Schottky contact is obtained between the upper gate electrode and the semiconductor layer,
It is possible to reduce the leak current flowing into the semiconductor layer from the upper gate electrode.
【0081】図9は本発明の第6の実施例によるトラン
ジスタ素子の構成を示す断面図である。図1の構造をp
チャネルトランジスタに適用するため、p型領域4に代
えてn型領域14を設け、その下部にn型領域14より
もバンドギャップの狭い材料により形成される狭バンド
ギャップ領域13を設ける。この場合、下部ゲート1、
上部ゲート電極6、ソース・ドレイン領域5はn +型と
し、狭バンドギャップ領域13はn型のシリコンとゲル
マニウムとの混晶とする。FIG. 9 shows a transformer according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a transistor element. The structure of FIG.
Replaced with p-type region 4 to apply to channel transistor
In addition, an n-type region 14 is provided.
Narrow band formed by narrow band gap material
A gap region 13 is provided. In this case, the lower gate 1,
The upper gate electrode 6 and the source / drain region 5 are n + Type
The narrow band gap region 13 is made of n-type silicon and gel.
A mixed crystal with manium.
【0082】狭バンドギャップ領域ではキャリア濃度が
高くなるので、反転層が形成されやすくなるので、反転
層の形成に必要な下部ゲートとソース電極間の電圧を低
減できる。Since the carrier concentration is high in the narrow band gap region, the inversion layer can be easily formed, so that the voltage between the lower gate and the source electrode required for forming the inversion layer can be reduced.
【0083】すなわち本実施例では、不純物低濃度領域
のうち、その下部に位置する一部の領域を、不純物低濃
度領域の他の領域よりも、バンドギャップの狭い材料に
より形成するのである。That is, in this embodiment, of the low impurity concentration region, a part of the lower region is formed of a material having a narrower band gap than other regions of the low impurity concentration region.
【0084】また、バンドギャップの狭い材料を低濃度
領域の下部に設けることにより、チャネルにおけるキャ
リア濃度を上昇させることができる。また、狭バンドギ
ャップ材料であるゲルマニウムは正孔の移動度が大きい
ので、nチャネルトランジスタに図1の構造、pチャネ
ルトランジスタに図9の構造を用いて、CMOS回路の
MOSFETを置き換えると、高速な回路動作が可能に
なる。By providing a material having a narrow band gap below the low-concentration region, the carrier concentration in the channel can be increased. Further, germanium, which is a narrow band gap material, has a high hole mobility. Therefore, when the structure of FIG. 1 is used for the n-channel transistor and the structure of FIG. Circuit operation becomes possible.
【0085】図10は本発明の第7の実施例によるトラ
ンジスタ素子の構成を示す断面図である。第1の実施例
(図1)の構造において、下部ゲートを埋込み酸化膜2
に囲まれるように形成し、下部ゲートとp型領域4の間
に埋込み酸化膜に囲まれた浮遊ゲート15を設ける。浮
遊ゲート上部及び下部の酸化膜厚は例えば30[nm]
とする。FIG. 10 is a sectional view showing the structure of a transistor element according to the seventh embodiment of the present invention. In the structure of the first embodiment (FIG. 1), the lower gate is
And a floating gate 15 surrounded by a buried oxide film is provided between the lower gate and the p-type region 4. The oxide film thickness on the upper and lower portions of the floating gate is, for example, 30 [nm].
And
【0086】浮遊ゲートには下部ゲートから酸化膜を通
して電荷を注入/排出する。浮遊ゲートに正の電荷を注
入すると、図1の構造において下部ゲートに正の電荷を
印加した場合と同じ効果が得られる。また、浮遊ゲート
の正電荷を排出するか、浮遊ゲートに負の電荷を注入す
ると、トランジスタのしきい値が上昇する。各時点にお
いてLSI中で動作させる必要のない回路ブロックのし
きい値をこの方法により上昇させると、オフ状態におい
てトランジスタに流れるリーク電流を低減できるので、
消費電力を低減できる。Electric charges are injected / discharged from the lower gate through the oxide film to the floating gate. Injecting positive charges into the floating gate has the same effect as applying positive charges to the lower gate in the structure of FIG. When the positive charge of the floating gate is discharged or the negative charge is injected into the floating gate, the threshold value of the transistor increases. If the threshold value of a circuit block that does not need to be operated in the LSI at each time is increased by this method, the leakage current flowing through the transistor in the off state can be reduced.
Power consumption can be reduced.
【0087】また、下部ゲートの一部を浮遊ゲートとし
て、下部ゲートから分離し、浮遊ゲートに下部ゲートか
ら酸化膜を通して電荷を注入/排出する。浮遊ゲートに
正の電荷を注入すると、図1の構造において下部ゲート
に正の電荷を印加した場合と同じ効果が得られる。ま
た、浮遊ゲートの正電荷を排出するか、浮遊ゲートに負
の電荷を注入すると、トランジスタのしきい値が上昇す
る。各時点においてLSI中で動作させる必要のない回
路ブロックのしきい値をこの方法により上昇させると、
オフ状態においてトランジスタに流れるリーク電流を低
減できるので、消費電力を低減できる。Further, a part of the lower gate is used as a floating gate, separated from the lower gate, and charges are injected / discharged from the lower gate through the oxide film from the lower gate. Injecting positive charges into the floating gate has the same effect as applying positive charges to the lower gate in the structure of FIG. When the positive charge of the floating gate is discharged or the negative charge is injected into the floating gate, the threshold value of the transistor increases. When the threshold value of a circuit block that does not need to be operated in the LSI at each time is increased by this method,
Since leakage current flowing to the transistor in an off state can be reduced, power consumption can be reduced.
【0088】図11は本発明の第8の実施例によるトラ
ンジスタ素子の構成を示す断面図である。図5の構造に
おいて、p型領域4のうち、下部の厚さ10[nm]の
領域を真性領域とする。この真性領域8を薄く形成する
だけで、薄いゲート酸化膜を形成せずに、ゲート―チャ
ネル間容量の値を増加させ、ゲートによるチャネルの制
御性を高めることができるのである。FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a transistor element according to the eighth embodiment of the present invention. In the structure of FIG. 5, a lower region of 10 [nm] in the p-type region 4 is defined as an intrinsic region. Only by forming the intrinsic region 8 thinly, the value of the gate-channel capacitance can be increased and the controllability of the channel by the gate can be increased without forming a thin gate oxide film.
【0089】図12は図4のトランジスタ素子におい
て、真性領域8の上部にn −型領域14を設けたトラン
ジスタ素子の構成を示す断面図である。図1のトランジ
スタ素子において、反転層7における垂直電界は、p型
領域の濃度が低い場合や、ここが真性領域で構成される
場合に低くなる。また、このp型領域を、p型と逆の導
電型であるn型領域に置き換えると、垂直電界は更に低
くなる。FIG. 12 shows the transistor element of FIG.
And n is located above the intrinsic region 8. A transformer provided with a mold region 14;
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a transistor element. The transition of FIG.
In the star device, the vertical electric field in the inversion layer 7 is p-type.
When the density of the region is low or this is composed of the intrinsic region
If lower. In addition, this p-type region is formed by conducting the reverse of the p-type.
The vertical electric field can be further reduced by replacing the
It becomes.
【0090】この図12のトランジスタ素子において
は、n −型領域14をチャネル領域7の上部に設けて、
チャネル領域7の垂直電界を緩和しているのである。チ
ャネル領域7の垂直電界が緩和されると、チャネルにお
けるキャリア移動度が増して電流値が増加する。それと
共に、しきい値電圧を設定するために下部ゲート1に印
加すべき電圧を低く抑制することができる。In the transistor element of FIG.
Is n Providing the mold region 14 above the channel region 7;
The vertical electric field in the channel region 7 is reduced. H
When the vertical electric field in the channel region 7 is reduced, the channel
And the current value increases. And
Both are marked on the lower gate 1 to set the threshold voltage.
The voltage to be applied can be suppressed low.
【0091】図13は、図1のトランジスタ素子におい
て、上部ゲート電極6を、ソース・ドレイン領域5及び
p型領域4よりも、バンドギャップが広い材料により形
成したワイドギャップ上部ゲート電極16によって置き
換えたトランジスタ素子の構成を示す断面図である。FIG. 13 shows the transistor element of FIG. 1 in which the upper gate electrode 6 is replaced by a wide-gap upper gate electrode 16 formed of a material having a wider band gap than the source / drain region 5 and the p-type region 4. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a transistor element.
【0092】図1のトランジスタ素子ではゲート・ソー
ス間のリーク電流(漏れ電流)が、上部ゲート電極6の
バンドギャップに依存する。バンドギャップが広いほど
この漏れ電流が減少する。この図13のトランジスタ素
子では、この原理に基づいてゲート・ソース間のリーク
電流を低下させているのである。In the transistor element of FIG. 1, the leakage current between the gate and the source (leakage current) depends on the band gap of the upper gate electrode 6. The leakage current decreases as the band gap increases. In the transistor element shown in FIG. 13, the leak current between the gate and the source is reduced based on this principle.
【0093】ここで、ワイドギャップ上部ゲート電極1
6を構成する材料は、ソース・ドレイン領域5及びp型
領域4に対して上記の関係を満たすものであれば良い。
ソース・ドレイン領域5及びp型領域4がシリコンによ
って形成される場合、ワイドギャップ上部ゲート電極1
6は、SiC、GaAs、AlGaAs等で構成すれば
良い。Here, the wide gap upper gate electrode 1
The material constituting 6 may be any material that satisfies the above relationship with respect to the source / drain region 5 and the p-type region 4.
When the source / drain region 5 and the p-type region 4 are formed of silicon, the wide gap upper gate electrode 1 is formed.
6 may be made of SiC, GaAs, AlGaAs or the like.
【0094】図14は、本発明のトランジスタ素子の使
用例を示す図である。同図には、MOSFETにより構
成される通常のCMOS(Complementary
MOS)インバータにおけるnチャネルMOSFET
及びpチャネルMOSFETを、図1のnチャネルトラ
ンジスタ素子及び図1の素子の導電型を逆にしたpチャ
ネルトランジスタ素子により、それぞれ置き換えた構成
が示されている。FIG. 14 is a diagram showing an example of use of the transistor element of the present invention. FIG. 1 shows a normal CMOS (Complementary) composed of MOSFETs.
MOS) Inverter n-channel MOSFET
1 and the p-channel MOSFET are replaced by an n-channel transistor element of FIG. 1 and a p-channel transistor element having the conductivity type of the element of FIG. 1 reversed, respectively.
【0095】図14において、入力信号Vinは、nチ
ャネルトランジスタ23の上部ゲート電極6及びpチャ
ネルトランジスタ24の上部電極6に入力される。nチ
ャネルトランジスタ23及びpチャネルトランジスタ2
4の夫々のドレイン領域22は互いに接続され、ここか
ら出力信号Voutを得る。pチャネルトランジスタ2
4のソース領域21は電源に接続され、nチャネルトラ
ンジスタ23のソース領域21は接地される。In FIG. 14, an input signal Vin is input to the upper gate electrode 6 of the n-channel transistor 23 and the upper electrode 6 of the p-channel transistor 24. N-channel transistor 23 and p-channel transistor 2
4 are connected to each other, and the output signal Vout is obtained therefrom. p-channel transistor 2
4 is connected to the power supply, and the source region 21 of the n-channel transistor 23 is grounded.
【0096】このインバータは、通常のCMOS回路に
おいて、MOSFETのゲート電極同士が接続される接
点に、図1のトランジスタ素子の上部ゲート電極6を接
続し、ソース・ドレイン領域5のうちの一方をソース領
域21、他方をドレイン領域22として用いたものであ
る。このインバータは、通常のCMOSインバータと同
様に、入力信号を反転させる動作を行う。In this inverter, in an ordinary CMOS circuit, the upper gate electrode 6 of the transistor element of FIG. 1 is connected to a contact point where the gate electrodes of MOSFETs are connected, and one of the source / drain regions 5 is connected to the source. The region 21 and the other are used as a drain region 22. This inverter performs an operation of inverting an input signal, similarly to a normal CMOS inverter.
【0097】ここで、電源電圧VDDは、例えば0.5
[V]とし、nチャネルトランジスタ23の下部ゲート
1に印加する電圧VBG1 を+10[V]、pチャネルト
ランジスタ24の下部ゲート1に印加する電圧VBG2 を
−10[V]とする。Here, the power supply voltage VDD is, for example, 0.5
[V], the voltage VBG1 applied to the lower gate 1 of the n-channel transistor 23 is +10 [V], and the voltage VBG2 applied to the lower gate 1 of the p-channel transistor 24 is -10 [V].
【0098】なお以上は、CMOS構成のインバータに
おいて、MOSFETを本発明のトランジスタ素子に置
き換える場合について説明したが、NANDゲートやN
ORゲート、フリップフロップ等、インバータ以外のC
MOS論理ゲート等を本発明のトランジスタ素子に置き
換えても良いことは明らかである。In the above description, the case where the MOSFET is replaced with the transistor element of the present invention in the CMOS inverter has been described.
C other than inverter, such as OR gate and flip-flop
Obviously, a MOS logic gate or the like may be replaced by the transistor element of the present invention.
【0099】また、MOSFETを用いたCMOS構成
以外の構成をとる論理ゲートにおいて、MOSFETを
本発明のトランジスタ素子に置き換えても良い。さら
に、論理回路以外の回路に本発明のトランジスタ素子を
用いることもできる。例えば、抵抗負荷の場合には、図
15に示されているように、ソース領域21に電源電圧
VDD、上部ゲート電極6に入力電圧Vg、ドレイン領域
22に抵抗負荷R1を接続すれば良い。一方、容量負荷
の場合には、図16に示されているように、ソース領域
21に電源電圧VDD、上部ゲート電極6に入力電圧V
g、ドレイン領域22に容量負荷C1を接続すれば良
い。In a logic gate having a configuration other than the CMOS configuration using a MOSFET, the MOSFET may be replaced with the transistor element of the present invention. Further, the transistor element of the present invention can be used for circuits other than the logic circuit. For example, in the case of a resistive load, the power supply voltage VDD may be connected to the source region 21, the input voltage Vg may be connected to the upper gate electrode 6, and the resistive load R1 may be connected to the drain region 22, as shown in FIG. On the other hand, in the case of a capacitive load, the power supply voltage VDD is applied to the source region 21 and the input voltage V
g, a capacitive load C1 may be connected to the drain region 22.
【0100】以上のように、本トランジスタ素子におい
ては、図1の構造における下部ゲートの電圧や、図7に
おける分極電荷を制御することにより、トランジスタの
しきい値を変化させ、同様にオフ状態においてトランジ
スタに流れるリーク電流を低減し、消費電力を低減する
ことができるのである。As described above, in the present transistor element, the threshold voltage of the transistor is changed by controlling the voltage of the lower gate in the structure of FIG. 1 and the polarization charge in FIG. Thus, leakage current flowing through the transistor can be reduced, and power consumption can be reduced.
【0101】また、第1導電型のチャネルが形成される
部分を第2導電型不純物濃度、あるいは、その付近の不
純物濃度を、第2導電型の他の領域や上部ゲート電極を
構成する第2導電型高濃度不純物拡散層よりも低くする
か、この部分を真性領域により構成することにより(図
4又は図11参照)、チャネル領域の不純物散乱が減る
ので電流値が増加すると共に、第2導電型領域とソース
・ドレイン領域との間の寄生容量を低減できるのであ
る。Further, the portion where the channel of the first conductivity type is formed is changed to the impurity concentration of the second conductivity type or the impurity concentration in the vicinity thereof is changed to the second region of another region of the second conductivity type or the second gate forming the upper gate electrode. By making the impurity concentration lower than that of the high-concentration impurity diffusion layer of the conductivity type or forming this part by an intrinsic region (see FIG. 4 or FIG. 11), the impurity value of the channel region is reduced, so that the current value is increased and the second conductive layer is formed. The parasitic capacitance between the mold region and the source / drain region can be reduced.
【0102】さらにまた、第2導電型高濃度不純物拡散
層と第1導電型高濃度不純物拡散層とを、横方向(例え
ば図1参照)あるいは縦方向(例えば図5参照)に分離
することにより、これらが接触することによってバンド
間トンネルによりリーク電流が発生することを防げるの
である。Further, the second conductive type high-concentration impurity diffusion layer and the first conductive type high-concentration impurity diffusion layer are separated in a horizontal direction (for example, see FIG. 1) or a vertical direction (for example, see FIG. 5). The contact between them prevents the occurrence of a leak current due to the band-to-band tunnel.
【0103】次に、本トランジスタ素子の製造方法につ
いて説明する。図17から図28は本発明によるトラン
ジスタ素子製造方法の一実施例を示す模式的断面図又は
上面図である。これら各図において、同等部分は同一符
号により示されている。Next, a method for manufacturing the present transistor element will be described. 17 to 28 are schematic sectional views or top views showing one embodiment of the method for manufacturing a transistor element according to the present invention. In these figures, equivalent parts are indicated by the same reference numerals.
【0104】まず、図17に示されているように、シリ
コン基板31上に厚さ80[nm]の埋込み酸化膜32
と厚さ200[nm]のSOI層33とがあるSOI基
板において、SOI層33上よりこれを通して、ほう素
を180[keV]で1×10 18 [cm−3]注入
し、800度で10分熱処理する。これにより、シリコ
ン基板31のうち、埋込み酸化膜寄りの部分に下部p型
領域35を形成する。First, as shown in FIG. 17, a buried oxide film 32 having a thickness of 80 [nm] is formed on a silicon substrate 31.
And a SOI layer 33 having a thickness of 200 [nm] in the SOI layer 33, boron is implanted at 1 × 10 18 [cm −3 ] at 180 [keV] through the SOI layer 33, and 10 × at 800 ° C. Perform a partial heat treatment. Thus, a lower p-type region 35 is formed in a portion of the silicon substrate 31 near the buried oxide film.
【0105】次に、ほう素を10[keV]で1×10
19 [cm−3]斜め注入する。これにより、SOI層
33の上部と側面とにp+型領域34を設ける。また、
ほう素を80[keV]で5×10 17 [cm−3]イ
オン注入することにより、SOI層33の内部を低不純
物濃度のp型領域40とする。Next, boron is applied at 10 [keV] to 1 × 10
19 [cm −3 ] oblique injection. As a result, p + -type regions 34 are provided on the top and side surfaces of the SOI layer 33. Also,
5 × 10 17 [cm −3 ] ions are implanted with boron at 80 [keV], so that the inside of the SOI layer 33 is a p-type region 40 with a low impurity concentration.
【0106】図18に移行し、第1の酸化膜36をCV
D(Chemical VaporDepositio
n)法により100[nm]堆積し、SOI層34の中
央部を横断する形状にフォトリソグラフィ及び反応性イ
オンエッチング(Reactive Ion Etch
ing;以下、RIEと呼ぶ)を用いてパターニングす
る。なお、同図において、(a)は平面図、(b)は
(a)のA―A´断面断面図である。Referring to FIG. 18, the first oxide film 36 is
D (Chemical Vapor Deposition)
n) is deposited by a method of 100 nm, and photolithography and reactive ion etching (Reactive Ion Etch) are performed so as to cross the central portion of the SOI layer 34.
(hereinafter referred to as RIE). 2A is a plan view, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.
【0107】次に、図19に示されているように、第1
の酸化膜36をマスクにしてRIEによりSOI層33
を190[nm]エッチングする。なお、同図におい
て、(a)は平面図、(b)は(a)のA―A´断面図
である。Next, as shown in FIG.
SOI layer 33 by RIE using oxide film 36 of
Is etched at 190 [nm]. Note that, in the figure, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of (a).
【0108】次に、第2の酸化膜37をCVD法により
20[nm]堆積し、第1の酸化膜36と直角に、かつ
SOI層33の周辺部に残ったp +型領域34を覆わな
いようにフォトリソグラフィ及びRIEを用いてパター
ニングする。Next, the second oxide film 37 is formed by the CVD method.
20 nm is deposited, perpendicular to the first oxide film 36, and
P remaining in the peripheral portion of the SOI layer 33 Do not cover the + type region 34
Put a pattern using photolithography and RIE
To synchronize.
【0109】まず、フォトレジスト44を設けた状態が
図20に示されている。なお、同図のA―A´断面図が
図21(a)、B―B´断面図が図21(b)である。First, a state in which the photoresist 44 is provided is shown in FIG. 21A is a sectional view of FIG. 21A, and FIG. 21B is a sectional view of BB ′.
【0110】そして、エッチング後においては、酸化膜
36の周辺及び段差部に、酸化膜37が図22に示され
ているように残る。なお、同図のA―A´断面図が図2
3(a)、B―B´断面図が図23(b)である。After the etching, the oxide film 37 is left around the oxide film 36 and at the step portion as shown in FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
FIG. 23B is a cross-sectional view of FIG.
【0111】次に第1の酸化膜37をマスクにRIEに
よりSOI層33を20[nm]エッチングする。この
エッチングの状態が図24に示されている。なお、同図
のA―A´断面図が図25(a)、B―B´断面図が図
25(b)である。Next, the SOI layer 33 is etched by 20 [nm] by RIE using the first oxide film 37 as a mask. The state of this etching is shown in FIG. 25A is a cross-sectional view of FIG. 25A, and FIG. 25B is a cross-sectional view of BB ′ in FIG.
【0112】図25(a)において、酸化膜37をRI
Eによりエッチングして除去した状態のA―A´断面図
が図26に示されている。In FIG. 25A, an oxide film 37 is formed by RI
FIG. 26 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in a state after being etched by E.
【0113】次に、A―A´断面図である図27に示さ
れているように、SOI層33上にリン又はひ素を含ん
だn +シリコン42を50[nm]エピタキシャル成長
し、これよりリン又はひ素をSOI層33に拡散させ
る。これにより、ソース・ドレイン領域43を形成す
る。次にCVD法により厚さ150[nm]の酸化膜よ
りなる層間絶縁膜38を堆積する。FIG. 27 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG.
Contains phosphorus or arsenic on the SOI layer 33
N + Silicon 42 epitaxial growth of 50 [nm]
Then, phosphorus or arsenic is diffused into the SOI layer 33 from this.
You. Thereby, source / drain regions 43 are formed.
You. Next, an oxide film having a thickness of 150 [nm] is formed by a CVD method.
A further interlayer insulating film 38 is deposited.
【0114】最後に、この層間絶縁膜38にコンタクト
ホールを開け、ソース・ドレイン領域、p +型領域3
4、下部p型領域41に対して配線39を接続する。た
だし、下部p型領域35の配線を接続する部分には、イ
オン注入により下部p +型領域41を設ける。なお、こ
の状態における上面図が図28である。Finally, contact is made with this interlayer insulating film 38.
Open holes, source / drain regions, p + Type region 3
4. The wiring 39 is connected to the lower p-type region 41. Was
However, the part connecting the wiring of the lower p-type region 35 has
The lower p A + type region 41 is provided. In addition, this
FIG. 28 is a top view in the state of FIG.
【0115】要するに、本製造方法においては、絶縁体
上の半導体層上にエッチングに対するマスクとなる材料
のパターン36を形成し、このパターンをマスクに半導
体層をエッチングにより薄膜化しているのである。そし
て、この薄膜化した領域に第1導電型不純物を高濃度に
拡散又はイオン注入することにより第1導電型不純物高
濃度拡散層を設け、そのパターンによるマスク効果によ
りエッチングされなかった領域には、第2導電型不純物
高濃度拡散層を設けているのである。最後に、第1及び
第2導電型不純物高濃度拡散層に配線を接続し、第2導
電型不純物高濃度拡散層に接続する配線を入力端子とし
ているのである。In short, in the present manufacturing method, a pattern 36 of a material serving as a mask for etching is formed on a semiconductor layer on an insulator, and the semiconductor layer is thinned by etching using this pattern as a mask. Then, a first conductivity type impurity is diffused or ion-implanted at a high concentration in the thinned region to provide a first conductivity type impurity high concentration diffusion layer, and a region which is not etched by a mask effect by the pattern is provided. The second conductive type impurity high concentration diffusion layer is provided. Finally, wiring is connected to the first and second conductivity type high-concentration impurity diffusion layers, and the wiring connected to the second conductivity-type high impurity concentration diffusion layer is used as an input terminal.
【0116】ここで、図29は、半導体及び埋込み酸化
膜により構成される部分を抜き出して描いた斜視図であ
る。図中のB―B´断面において、チャネル幅方向にS
OI層33と、それに設けられたp +型領域34が、チ
ャネル幅WCHよりも突出した半導体層の延長部50を設
けることにより、図30に示されているようなチャネル
端のリーク電流IL を防ぐことができるのである。FIG. 29 shows a semiconductor and buried oxide.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a portion formed by a film.
You. In the section taken along the line BB ′ in the drawing, S
OI layer 33 and p provided thereon + Type region 34
An extension 50 of the semiconductor layer protruding beyond the channel width WCH is provided.
The channel as shown in FIG.
The end leakage current IL can be prevented.
【0117】ここで、図30に示されているチャネル端
のリーク電流IL は、下部ゲートからの電界Eがチャネ
ル端に集中するために、この部分のしきい値電圧が低下
することにより、発生するものである。これに対し、図
29に示されているように、半導体層の延長部50の端
にp +型領域34を設けると、p +型領域34では不純
物濃度が高いためにしきい値電圧が高くなる。これによ
り、前述したしきい値電圧の低下が抑制され、リーク電
流IL の発生を防ぐことができるのである。Here, the channel end shown in FIG.
Leakage current IL is due to the electric field E from the lower gate
The threshold voltage at this point
This is what happens. In contrast,
29, the end of the extension 50 of the semiconductor layer
To p When the + type region 34 is provided, p Impurity in + type region 34
The threshold voltage increases due to the high concentration of the substance. This
As a result, the lowering of the threshold voltage described above is suppressed,
The occurrence of the flow IL can be prevented.
【0118】要するに、不純物低濃度領域を素子領域端
よりも外側に延長し、さらにその外側にその不純物低濃
度領域より第2導電型の不純物濃度が高い領域を設けて
いるのである。In short, the low-impurity-concentration region extends outside the end of the element region, and a region having a higher impurity concentration of the second conductivity type than the low-impurity-concentration region is provided outside the low-impurity-concentration region.
【0119】図31〜38は本トランジスタ素子の他の
製造方法を示す模式的断面図である。FIGS. 31 to 38 are schematic sectional views showing another method of manufacturing the present transistor element.
【0120】シリコン基板31上に厚さ100[nm]
の埋込み酸化膜32と厚さ10[nm]のSOI層33
があるSOI基板において、SOI層33上よりこれを
通して、リンを200[Kev]で1×10 18 [cm
−3]注入し、800度で10分熱処理する。これによ
り、シリコン基板31のうち、埋込み酸化膜寄りの部分
に下部n型領域51を形成する。次に、第1のCVD酸
化膜52をCVD法により150[nm]堆積し、通常
のフォトリソグラフィ工程と、選択性のRIEによるエ
ッチング工程とにより、これを幅200[nm]にパタ
ーニングする。これにより、図31に示されている形状
が得られる。このCVD酸化膜52は、後述するスリッ
トを作成するためのダミーパターンとなる。On the silicon substrate 31, a thickness of 100 [nm]
Buried oxide film 32 and SOI layer 33 having a thickness of 10 [nm]
In one SOI substrate, phosphorus is passed through the SOI layer 33 from above 1 × 10 18 [cm] at 200 [Kev].
-3 ] implantation and heat treatment at 800 degrees for 10 minutes. Thus, a lower n-type region 51 is formed in a portion of the silicon substrate 31 near the buried oxide film. Next, a first CVD oxide film 52 is deposited to a thickness of 150 [nm] by a CVD method, and is patterned to a width of 200 [nm] by a normal photolithography step and an etching step by selective RIE. Thereby, the shape shown in FIG. 31 is obtained. The CVD oxide film 52 becomes a dummy pattern for forming a slit described later.
【0121】次に、選択的エピタキシャル成長によりS
OI層33上にリン又はひ素を含んだn +シリコン42
を50[nm]エピタキシャル成長させる。次に、80
0度10分の熱処理を行い、n +シリコン42によりリ
ン又はひ素をSOI層33に拡散させ、ソース・ドレイ
ン領域43を形成する。次に、CVD法により厚さ20
0[nm]のSi3 N4 膜53を200[nm]堆積し
た後、フォトレジスト38を塗布し、第1のCVD酸化
膜52の上部に幅300[nm]の開口部が形成される
ようにパターニングを行う。これにより、図32に示さ
れている形状が得られる。Next, S is formed by selective epitaxial growth.
N containing phosphorus or arsenic on the OI layer 33 + Silicon 42
Is epitaxially grown by 50 [nm]. Next, 80
Heat treatment at 0 degrees for 10 minutes, n + Silicon 42
Or arsenic is diffused into the SOI layer 33, and the source
Formation region 43 is formed. Next, a thickness of 20
0 [nm] SiThreeNFourA film 53 is deposited for 200 [nm]
After that, a photoresist 38 is applied and a first CVD oxidation is performed.
An opening having a width of 300 [nm] is formed above the film 52.
Is performed as described above. As a result, as shown in FIG.
The obtained shape is obtained.
【0122】次に、フォトレジスト38をマスクとし、
開口部のSi3 N4 膜53をRIEにより除去する。そ
して、フォトレジスト38を取除き、フッ酸によるウエ
ットエッチングにより、第1のCVD酸化膜52を除去
する。すると、図33に示されている状態を経て、第1
のCVD酸化膜52が置かれていた位置にスリット54
が形成される。この状態が図34に示されている。Next, using the photoresist 38 as a mask,
The Si 3 N 4 film 53 in the opening is removed by RIE. Then, the photoresist 38 is removed, and the first CVD oxide film 52 is removed by wet etching with hydrofluoric acid. Then, through the state shown in FIG.
A slit 54 is formed at the position where the CVD oxide film 52 was placed.
Is formed. This state is shown in FIG.
【0123】次に、CVD法により酸化膜を100[n
m]堆積し、続いてRIEにより酸化膜を100[n
m]エッチバックすることにより、スリット54の側面
に第2のCVD酸化膜55による側壁を形成する。続い
てスリット54中のSOI層33の上部に、選択的エピ
タキシャル成長によりほう素を含んだp +シリコン56
を100[nm]エピタキシャル成長させ、これを上部
ゲート電極とする。さらに、AlNを200[nm]堆
積し、これをRIEによりエッチバックすることによっ
て、スリット54の上部にAlN層57を埋込む。これ
により、図35に示されている形状が得られる。Next, the oxide film is formed to a thickness of 100 [n] by the CVD method.
m] is deposited, and then the oxide film is formed by RIE to 100 [n].
m] By etching back, the side of the slit 54
Next, a side wall of the second CVD oxide film 55 is formed. Continued
Selectively on the SOI layer 33 in the slit 54.
Boron-containing p by axial growth + Silicon 56
Is epitaxially grown to 100 [nm], and this is
A gate electrode. Furthermore, AlN is deposited in a 200 [nm]
And etch it back by RIE.
Then, an AlN layer 57 is embedded in the upper part of the slit 54. this
As a result, the shape shown in FIG. 35 is obtained.
【0124】AlNに代えてタングステン(W),タン
タル(Ta),モリブデン(Mo)等の金属、あるいは
タングステンシリサイド等の金属―半導体化合物を用い
ても良い。n +ポリシリコン,p +ポリシリコンを埋込
んでも良い。これらの材料を埋込むためには、CVD
法,スパッタ法,蒸着法等を用いる。Instead of AlN, tungsten (W), tan
Metal such as tall (Ta), molybdenum (Mo), or
Using metal-semiconductor compounds such as tungsten silicide
May be. n + Polysilicon, p + Polysilicon embedded
It's fine. In order to embed these materials, CVD
Method, sputtering method, evaporation method, etc. are used.
【0125】また、SOI層33のソース・ドレイン領
域43以外の領域に、イオン注入等により、リン,ひ
素,ほう素等のドナー型又はアクセプタ型の不純物を導
入しても良い。なお、ここに示した製造方法において、
p +シリコン56の成長を省略すれば、AlN層57を
上部ゲート電極とする形状、すなわち図36に示されて
いる形状が得られる。The source / drain region of the SOI layer 33 is
In regions other than the region 43, phosphorus,
Introduces donor-type or acceptor-type impurities such as boron and boron.
You may enter. In the manufacturing method shown here,
p + If the growth of silicon 56 is omitted, AlN layer 57
The shape used as the upper gate electrode, that is, as shown in FIG.
Shape is obtained.
【0126】ところで、下部n型領域51を形成するた
めのリンのイオン注入(矢印Y)を、第1のCVD酸化
膜52をパターニングした後に、より高いエネルギ(例
えば、250[KeV]から1[MeV])で行う場合
を考える。この場合、図37に示されているように、第
1のCVD酸化膜52の形状を反映し、第1のCVD酸
化膜52の下部では浅く、他の領域では深く、下部n型
領域51が形成される。この結果、素子構造ができあが
ると、図38に示されているように、ソース・ドレイン
領域43の下部でn型領域51がソース・ドレイン領域
43からより遠く離れる。つまり、下部電極内に設けら
れる下部n型領域51は、絶縁体層がゲート電極に接触
する領域と対向する領域における第1導電型不純物層か
らの距離よりも他の領域における第1導電型不純物層か
らの距離の方が大である形状になっている。By the way, the ion implantation of phosphorus (arrow Y) for forming the lower n-type region 51 is performed after the first CVD oxide film 52 is patterned, with higher energy (for example, 250 [Kev] to 1 [Kev]). [MeV]). In this case, as shown in FIG. 37, the shape of the first CVD oxide film 52 is reflected, and the lower n-type region 51 is shallow below the first CVD oxide film 52 and deeper in other regions. It is formed. As a result, when the element structure is completed, the n-type region 51 is farther away from the source / drain region 43 under the source / drain region 43 as shown in FIG. In other words, the lower n-type region 51 provided in the lower electrode has a first conductivity type impurity in a region other than the distance from the first conductivity type impurity layer in a region facing the region where the insulator layer contacts the gate electrode. The shape is such that the distance from the layer is greater.
【0127】これにより、ソース・ドレイン領域43と
n型領域51との間の容量(寄生容量)が低減される。
そして、このように寄生容量が低減されると、素子の動
作速度が向上するという効果が得られる。なお、ここで
は、下部n型領域51が、p+シリコン56よりなる上
部ゲート電極の下方で、埋込み酸化膜32に接する構造
を示したが、これが埋込み酸化膜32から離れていても
良い。Thus, the capacitance (parasitic capacitance) between source / drain region 43 and n-type region 51 is reduced.
When the parasitic capacitance is reduced in this manner, an effect that the operation speed of the element is improved can be obtained. Although the structure in which the lower n-type region 51 is in contact with the buried oxide film 32 below the upper gate electrode made of p + silicon 56 is shown here, this may be separated from the buried oxide film 32.
【0128】以上のように本実施例では、絶縁体上の半
導体層(図32のSOI層33)上に、ダミーパターン
52を形成し、このダミーパターン52をマスクにして
イオン注入,拡散を行うか、又は不純物をドープした半
導体層を成長させているのである。As described above, in this embodiment, the dummy pattern 52 is formed on the semiconductor layer on the insulator (SOI layer 33 in FIG. 32), and ion implantation and diffusion are performed using the dummy pattern 52 as a mask. Alternatively, a semiconductor layer doped with impurities is grown.
【0129】そして、ダミーパターンのない領域に第1
導電型不純物高濃度拡散層を設け(n +シリコン42,
ソース・ドレイン領域43)、続いてこのダミーパター
ン52を覆うように絶縁膜(Si3 N4 膜53)を堆積
し、ダミーパターン52上部の絶縁膜に開口部を設け、
この開口部からのエッチングによりダミーパターン52
を除去しているのである。さらに、ダミーパターン52
が除去されることによって形成されたスリット54内
に、高濃度に不純物を含む半導体(p +シリコン56)
をエピタキシャル成長させるか、あるいは金属,金属シ
リサイド,ポリシリコンをCVD,スパッタ法により埋
込んでいるのである(AlN57)。Then, the first area is placed in the area where there is no dummy pattern.
A conductive impurity high concentration diffusion layer is provided (n + Silicon 42,
Source / drain region 43), followed by the dummy pattern
Insulating film (Si) so as to cover theThreeNFourDeposit film 53)
Then, an opening is provided in the insulating film above the dummy pattern 52,
The dummy pattern 52 is formed by etching from this opening.
Is eliminated. Further, the dummy pattern 52
In the slit 54 formed by removing
In addition, a semiconductor (p + Silicon 56)
Epitaxial growth, or use metal or metal
Buried reside and polysilicon by CVD and sputtering
(AlN 57).
【0130】これにより、上記の各実施例において必要
とする凸型の形状を持つトランジスタを製造することが
できる。特にこの方法では、スリット54内に高濃度に
不純物を含む半導体(p +シリコン56)をエピタキシ
ャル成長させ、これを上部ゲート電極とするため、エピ
タキシャル成長中に不純物のドーピング量を制御するこ
とにより、上部ゲート電極の縦方向の不純物分布を制御
することができるのである。また、スリット54内に金
属,金属シリサイド,ポリシリコンをCVD法,スパッ
タ法で埋込むことにより、ソース・ドレイン領域を形成
する半導体以外の材料を上部ゲート電極に用いることが
できるのである。[0130] This makes it necessary for each of the above embodiments.
It is possible to manufacture a transistor having a convex shape
it can. In particular, in this method, a high density
Semiconductor containing impurities (p + Silicon 56) epitaxy
Epitaxial growth, and use this as the upper gate electrode.
Control the doping amount of impurities during the axial growth.
Controls the vertical impurity distribution of the upper gate electrode
You can do it. Also, gold in the slit 54
Metal, metal silicide, polysilicon by CVD, sputtering
Source / drain regions by embedding with
Materials other than semiconductors used for the upper gate electrode
You can.
【0131】また本実施例では、半導体基板31(図3
7)に、絶縁体(酸化膜32)を介して存在する半導体
層(SOI層33)上にある幅を持ったダミーパターン
52を形成して凸部を設けるか、続いてその凸部の下部
において不純物イオンが絶縁体(酸化膜32)の下にあ
る半導体基板31に到達するようにイオン注入を行って
いるのである。これにより、凸型の形状を反映して絶縁
体層(図38の酸化膜32)下部の半導体基板31にお
いては、上部ゲート電極の下部では、それ以外の領域よ
りも、高濃度不純物が浅い位置に導入される。このた
め、ソース・ドレイン領域43の下部では高濃度不純物
領域(下部n型領域51)が、ソース・ドレイン領域よ
りも後退して形成される。よって、ソース・ドレイン領
域と高濃度不純物領域との間の容量(寄生容量)が低減
するのである。そして、寄生容量が低減すると、トラン
ジスタ素子をより高速に動作させることができるのであ
る。In this embodiment, the semiconductor substrate 31 (FIG.
7), a dummy pattern 52 having a certain width is formed on a semiconductor layer (SOI layer 33) existing through an insulator (oxide film 32) to provide a convex portion, or a lower portion of the convex portion is formed. Is performed so that the impurity ions reach the semiconductor substrate 31 under the insulator (oxide film 32). Thus, in the semiconductor substrate 31 below the insulator layer (the oxide film 32 in FIG. 38) reflecting the convex shape, the position where the high-concentration impurities are shallower under the upper gate electrode than in other regions. Will be introduced. Therefore, a high-concentration impurity region (lower n-type region 51) is formed below the source / drain region 43 so as to be recessed from the source / drain region. Therefore, the capacitance (parasitic capacitance) between the source / drain region and the high-concentration impurity region is reduced. Then, when the parasitic capacitance is reduced, the transistor element can be operated at higher speed.
【0132】さらにまた、通常の電界効果型トランジス
タ素子において、ゲート電極の形成後に、ゲート電極が
持つ凸型の形状を利用して同様のイオン注入を行うと、
薄いゲート酸化膜を通してイオン注入が行われるため、
薄いゲート酸化膜がイオン注入時に損傷を受け、特性の
劣化をもたらす、これに対して本製造方法は、半導体基
板へのイオン注入時にゲート酸化膜が形成されていない
ので、薄いゲート酸化膜の損傷による特性の劣化が起き
ない。なお、この製造方法において、半導体よりなる凸
型の形状(図19(b),図26)を形成した後に同様
のイオン注入を行っても良い。Further, in a normal field-effect transistor element, after the formation of the gate electrode, the same ion implantation is performed by utilizing the convex shape of the gate electrode.
Because ion implantation is performed through a thin gate oxide,
The thin gate oxide film is damaged at the time of ion implantation, resulting in deterioration of characteristics. On the other hand, according to the present manufacturing method, since the gate oxide film is not formed at the time of ion implantation to the semiconductor substrate, the thin gate oxide film is damaged. No deterioration of characteristics due to In this manufacturing method, the same ion implantation may be performed after forming a convex shape made of a semiconductor (FIGS. 19B and 26).
【0133】以上のように、本発明のトランジスタ素子
はシリコン材料に適用できるため、従来のシリコンLS
Iの製造装置、製造プロセスを用いて、製造することが
できるのである。As described above, since the transistor element of the present invention can be applied to a silicon material, the conventional silicon LS
It can be manufactured using the manufacturing apparatus and manufacturing process of I.
【0134】また、上部ゲート電極を通常のMOSFE
Tにおけるゲート電極とみなして、回路中のMOSFE
Tを本発明のトランジスタによりおきかえることによ
り、MOSFETにより構成される通常の回路、たとえ
ばCMOS回路を、本発明のトランジスタにより構成で
きるのである。The upper gate electrode is made of a normal MOSFE.
MOSFE in the circuit assuming the gate electrode at T
By replacing T with the transistor of the present invention, a normal circuit constituted by a MOSFET, for example, a CMOS circuit can be constituted by the transistor of the present invention.
【0135】さらにまた、低不純物濃度領域を素子領域
端よりも外側に延長し、さらにその外側にその低不純物
濃度領域より第2導電型の不純物濃度が高い領域を設け
ることにより、オフ状態において下部ゲートによって素
子領域端が反転され、リーク電流が流れることを防ぐこ
とができるのである。Furthermore, by extending the low impurity concentration region outside the end of the element region and further providing a region having a higher impurity concentration of the second conductivity type than the low impurity concentration region outside the element region, the lower portion in the off state is provided. The end of the element region is inverted by the gate, and leakage current can be prevented from flowing.
【0136】そして、絶縁体上の半導体層上にエッチン
グに対するマスクとなる材料のパターンを形成し、この
パターンをマスクにして半導体層をエッチングにより薄
膜化し、薄膜化した領域に第1導電型不純物を高濃度に
拡散又はイオン注入により第1導電型不純物高濃度拡散
層を設け、このパターンによるマスク効果によりエッチ
ングされなかった領域には、第2導電型不純物高濃度拡
散層を設け、第1及び第2導電型不純物高濃度拡散層に
配線を接続し、第2導電型不純物高濃度拡散層に接続す
る配線を入力端子とすることにより、凸型の半導体から
なる構造を有し、上述した作用を持つトランジスタ素子
を製造することができるのである。Then, a pattern of a material serving as a mask for etching is formed on the semiconductor layer on the insulator, the semiconductor layer is thinned by etching using this pattern as a mask, and the first conductive type impurity is doped in the thinned region. A first conductivity type impurity high concentration diffusion layer is provided by high concentration diffusion or ion implantation, and a second conductivity type impurity high concentration diffusion layer is provided in a region which is not etched by a mask effect by this pattern. By connecting a wiring to the two-conductivity-type high-concentration impurity high-concentration diffusion layer and using a wiring connected to the second-conductivity-type high-concentration impurity high-concentration diffusion layer as an input terminal, the semiconductor device has a structure made of a convex semiconductor. It is possible to manufacture a transistor element having the same.
【0137】[0137]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、通常のM
OSFETと異なり、ゲート酸化膜を介さずに、上部ゲ
ート電極を直接第2導電型領域に接触させることによ
り、薄いゲート酸化膜を形成しなくともゲート―チャネ
ル間容量が増加し、ゲートによるチャネルの制御性が増
すという効果がある。また、基板不純物濃度を上昇させ
ることにより、通常の電界効果型トランジスタとは逆
に、ゲート―チャネル間容量値が増加し、ゲート電極に
よるチャネル領域の制御性が改善されるという効果があ
る。さらにまた、しきい値電圧が下部ゲート電極により
制御されるため、短チャネル効果の抑制を目的とした基
板不純物の高濃度化と、しきい値の設定とが独立に行え
るという効果がある。As described above, the present invention provides a conventional M
Unlike the OSFET, by contacting the upper gate electrode directly to the second conductivity type region without the intermediary of the gate oxide film, the gate-to-channel capacitance increases without forming a thin gate oxide film, and the This has the effect of increasing controllability. In addition, by increasing the substrate impurity concentration, the effect of increasing the gate-channel capacitance value and improving the controllability of the channel region by the gate electrode, contrary to a normal field-effect transistor, is obtained. Furthermore, since the threshold voltage is controlled by the lower gate electrode, there is an effect that the concentration of the substrate impurity for the purpose of suppressing the short channel effect can be increased and the threshold can be set independently.
【図1】本発明の第1の実施例によるトランジスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a transistor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1におけるゲート―チャネル間容量及びチャ
ネル―基板間CCB容量を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a gate-channel capacitance and a channel-substrate CCB capacitance in FIG. 1;
【図3】図1のトランジスタ素子の動作を示す断面図で
ある。FIG. 3 is a sectional view showing an operation of the transistor element of FIG.
【図4】図1のトランジスタ素子のp型領域を真性領域
により置き換えた構成を示すずである。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration in which a p-type region of the transistor element in FIG. 1 is replaced with an intrinsic region.
【図5】本発明の第2の実施例によるトランジスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施例によるトランジスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第4の実施例によるトランジスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第5の実施例によるトランジスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第6の実施例によるトランジスタ素子
の構成を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to a sixth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第7の実施例によるトランジスタ素
子の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to a seventh embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第8の実施例によるトランジスタ素
子の構成を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a transistor element according to an eighth embodiment of the present invention.
【図12】図4のトランジスタ素子において、真性領域
の上部にn −型領域を設けた構成を示す断面図である。FIG. 12 shows an intrinsic region in the transistor element of FIG.
N at the top of It is sectional drawing which shows the structure which provided the-type | mold area | region.
【図13】図1のトランジスタ素子において、上部ゲー
ト電極を、ソース・ドレイン領域及びp型領域よりもバ
ンドギャップが広い材料により形成したワイドギャップ
上部ゲートによって置き換えたトランジスタ素子の構成
を示す断面図である。13 is a cross-sectional view showing a configuration of the transistor element of FIG. 1 in which an upper gate electrode is replaced by a wide-gap upper gate formed of a material having a wider band gap than a source / drain region and a p-type region. is there.
【図14】本発明のトランジスタ素子の使用例を示す図
である。FIG. 14 is a diagram showing a usage example of the transistor element of the present invention.
【図15】抵抗負荷の場合における本発明のトランジス
タ素子の使用例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a use example of the transistor element of the present invention in the case of a resistance load.
【図16】容量負荷の場合における本発明のトランジス
タ素子の使用例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a usage example of the transistor element of the present invention in the case of a capacitive load.
【図17】本発明の実施例によるトランジスタ素子製造
方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
【図18】図(a)は本発明の実施例によるトランジス
タ素子製造方法における製造工程の一部を示す上面図、
図(b)はその断面図である。FIG. 18A is a top view illustrating a part of a manufacturing process in a transistor element manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2B is a cross-sectional view thereof.
【図19】図(a)は本発明の実施例によるトランジス
タ素子製造方法における製造工程の一部を示す上面図、
図(b)はそのB―B´断面図である。FIG. 19A is a top view showing a part of a manufacturing process in a transistor element manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB ′.
【図20】本発明の実施例によるトランジスタ素子製造
方法における製造工程の一部を示す上面図である。FIG. 20 is a top view showing a part of the manufacturing process in the transistor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
【図21】図(a)は図20のA―A´断面図、図
(b)は図20のB―B´断面図である。21A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 20, and FIG. 21B is a sectional view taken along line BB ′ of FIG.
【図22】本発明の実施例によるトランジスタ素子製造
方法における製造工程の一部を示す上面図である。FIG. 22 is a top view showing a part of the manufacturing process in the transistor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
【図23】図(a)は図22のA―A´断面図、図
(b)は図22のB―B´断面図である。23A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 22, and FIG. 23B is a sectional view taken along line BB ′ of FIG.
【図24】本発明の実施例によるトランジスタ素子製造
方法における製造工程の一部を示す上面図である。FIG. 24 is a top view showing a part of the manufacturing process in the transistor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
【図25】図(a)は図24のA―A´断面図、図
(b)は図24のB―B´断面図である。25A is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 24, and FIG. 25B is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
【図26】本発明の実施例によるトランジスタ素子製造
方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
【図27】本発明の実施例によるトランジスタ素子製造
方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor element manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
【図28】図27の状態の上面図である。FIG. 28 is a top view of the state shown in FIG. 27;
【図29】リーク電流の防止効果を説明するための図で
ある。FIG. 29 is a diagram for explaining the effect of preventing leakage current.
【図30】リーク電流の発生原理を説明するための図で
ある。FIG. 30 is a diagram for explaining the principle of generation of leak current.
【図31】本発明の他の本実施例によるトランジスタ製
造方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor manufacturing method according to another embodiment of the present invention;
【図32】本発明の他の本実施例によるトランジスタ製
造方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor manufacturing method according to another embodiment of the present invention;
【図33】本発明の他の本実施例によるトランジスタ製
造方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor manufacturing method according to another embodiment of the present invention;
【図34】本発明の他の本実施例によるトランジスタ製
造方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
【図35】本発明の他の本実施例によるトランジスタ製
造方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor manufacturing method according to another embodiment of the present invention;
【図36】本発明の他の本実施例によるトランジスタ製
造方法における製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the transistor manufacturing method according to another embodiment of the present invention;
【図37】イオン注入をより高いエネルギで行う場合の
製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process when ion implantation is performed with higher energy.
【図38】イオン注入をより高いエネルギで行う場合の
製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process when ion implantation is performed with higher energy.
【図39】従来の部分空乏化型SOIMOSFETの構
造を示す断面図である。FIG. 39 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional partially depleted SOIMOSFET.
【図40】従来の他のSOIMOSFETの構造を示す
断面図である。FIG. 40 is a cross-sectional view showing the structure of another conventional SOI MOSFET.
【図41】図39のSOIMOSFETの動作を示す断
面図である。FIG. 41 is a cross-sectional view showing the operation of the SOIMOSFET of FIG. 39.
1 下部ゲート 2 埋込み酸化膜 3 SOI層 4 p型領域 5 ソース・ドレイン領域 6 上部ゲート電極 7 反転層 8 真性領域 9 酸化膜 10 金属層 11 強誘電体材料 12 ショットキー上部ゲート電極 13 狭バンドギャップ領域 14 n型領域 15 浮遊ゲート 31 シリコン基板 33 SOI層 34 p +型領域 35 下部p型領域 36,37 酸化膜 38 層間絶縁膜 39 配線 41 下部p +型領域 42 n +型シリコン 43 ソース・ドレイン領域 44 フォトレジスト Reference Signs List 1 lower gate 2 buried oxide film 3 SOI layer 4 p-type region 5 source / drain region 6 upper gate electrode 7 inversion layer 8 intrinsic region 9 oxide film 10 metal layer 11 ferroelectric material 12 Schottky upper gate electrode 13 narrow band gap Region 14 n-type region 15 floating gate 31 silicon substrate 33 SOI layer 34 p + Type region 35 lower p-type region 36, 37 oxide film 38 interlayer insulating film 39 wiring 41 lower p + Type region 42 n + Type silicon 43 source / drain region 44 photoresist
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/80 C ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/80 C
Claims (17)
下部界面まで達するように設けられかつ前記不純物低濃
度領域よりも不純物濃度が高い第1及び第2の第1導電
型不純物高濃度層とを含み前記絶縁体層上に設けられた
半導体層と、 前記絶縁体層下部に設けられた下部ゲート電極と、 前記不純物低濃度領域の上部に設けられ第2導電型不純
物を所定濃度で導入した上部ゲート電極と、 を含むことを特徴とするトランジスタ素子。An insulator layer, a low impurity concentration region having a predetermined impurity concentration,
Provided so as to reach the lower interface and having a low impurity concentration.
And second first conductive layers having an impurity concentration higher than that of the first region.
Provided on the insulator layer, including a high-concentration type impurity layer.
A semiconductor layer, a lower gate electrode provided below the insulator layer, and a second conductivity type impurity provided above the low impurity concentration region.
And an upper gate electrode into which a substance is introduced at a predetermined concentration .
金属により構成されることを特徴とする請求項1記載の
トランジスタ素子。2. The method according to claim 1, wherein at least a part of said upper gate electrode is
2. The transistor element according to claim 1, wherein the transistor element is made of a metal .
低濃度領域に接触する少なくとも一部分が金属によって
構成されていることを特徴とする請求項1記載のトラン
ジスタ素子。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said upper gate electrode includes said impurity.
At least a portion that contacts the low concentration area is
Transistor device according to claim 1, characterized in that it is configured.
不純物低濃度領域とがショットキー接触とされているこ
とを特徴とする請求項2又は3記載のトランジスタ素
子。 4. A method according to claim 1 , further comprising:
The transistor element according to claim 2, wherein the low impurity concentration region is in Schottky contact .
記下部電極に正電位を印加し、前記第1導電型がp型で
ある場合には前記下部電極に負電位を印加し、更に前記
上部ゲート電極に入力信号を印加し、前記第1及び第2
の第1導電型不純物高濃度層の少なくとも一方から出力
信号を導出することを特徴とする請求項1〜4のいずれ
かに記載のトランジスタ素子。 5. The method according to claim 1, wherein said first conductivity type is n-type.
A positive potential is applied to the lower electrode, and the first conductivity type is p-type.
In some cases, a negative potential is applied to the lower electrode,
An input signal is applied to the upper gate electrode, and the first and second
Output from at least one of the first conductive type impurity high concentration layers of
5. A signal according to claim 1, wherein the signal is derived.
Transistor element of crab described.
層よりも厚いことを特徴とする請求項5記載のトランジ
スタ素子。 6. An insulating layer under the semiconductor layer is a semiconductor layer.
6. The transistor element according to claim 5 , wherein the transistor element is thicker than the layer .
け、その界面に分極電荷を生じさせたことを特徴とする
請求項1〜6のいずれかに記載のトランジスタ素子。7. A ferroelectric material region is provided in said insulator layer.
And a polarization charge is generated at the interface.
The transistor element according to claim 1 .
体層に接した領域が、該半導体層の他の領域よりもバン
ドギャップの狭い材料により構成されてなる ことを特徴
とする請求項1〜7のいずれかに記載のトランジスタ素
子。8. The semiconductor device according to claim 1 , wherein said insulating layer has a low impurity concentration.
The region in contact with the body layer is more bumpy than other regions of the semiconductor layer.
Characterized by being formed of a narrow material-gap
The transistor element according to claim 1 .
領域の材料よりもバンドギャップの広い材料により構成
されてなることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに
記載のトランジスタ素子。9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said upper gate electrode has a low impurity concentration.
Constructed of a material with a wider band gap than that of the region
The transistor element according to any one of claims 1 to 8, wherein the transistor element is formed.
域層を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに
記載のトランジスタ素子。 10. An intrinsic region in place of the low impurity concentration region.
The transistor element according to any one of claims 1 to 9, further comprising a region layer .
電極に接した領域が、第1導電型不純物低濃度層によっ
て形成されてなることを特徴とする請求項10記載のト
ランジスタ素子。11. The upper gate of the intrinsic region layer
The region in contact with the electrode is formed by the first conductivity type impurity low concentration layer.
The transistor element according to claim 10 , wherein the transistor element is formed by:
幅よりも大とし、かつ該不純物低濃度領域の両端外側に
該不純物低濃度領域よりも不純物の濃度の高い第2導電
型不純物領域を設けたことを特徴とする請求項1〜11
のいずれかに記載のトランジスタ素子。 12. The width of the low impurity concentration region is set to a channel.
Larger than the width, and at both ends of the low-concentration impurity region.
A second conductive layer having a higher impurity concentration than the low impurity concentration region;
12. A type impurity region is provided.
The transistor element according to any one of the above.
層領域に対向する位置における前記不純物低濃度領域か
らの距離よりも他の領域における前記第1導電型不純物
層からの距離の方が大である半導体層を前記下部電極内
に含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記
載のトランジスタ素子。13. A semiconductor contacting the upper gate electrode.
The low impurity concentration region at a position facing the layer region
The first conductivity type impurity in a region other than the above distance
The semiconductor layer whose distance from the layer is larger is placed in the lower electrode.
The transistor element according to any one of claims 1 to 12, wherein the transistor element includes:
下部界面まで達するように設けられかつ前記不純物低濃
度領域よりも不純物濃度が高い第1及び第2の第1導電
型不純物高濃度層とを含み前記絶縁体層上に設けられた
半導体層と、 前記絶縁体層下部に設けられた下部ゲート電極と、 前記不純物低濃度領域の上部に設けられた上部ゲート電
極と、 を含むトランジスタ素子の製造方法であって、 前記絶縁体層上の前記半導体層上にマスクパターンを設
けるステップと、この設けたパターンをマスクに前記半
導体層をエッチングして薄膜化するステップと、この薄
膜化された領域に前記第1及び第2の第1導電型不純物
高濃度層を設けるステップと、前記パターンによりマス
クされた領域に前記第2導電型不純物を導入して前記上
部ゲート電極を設けるステップと、前記上部ゲート電極
並びに前記第1及び第2の第1導電型不純物高濃度層に
配線端子を接続するステップとを含むことを特徴とする
トランジスタ素子の製造方法。14. An insulator layer, a low-impurity-concentration region having a predetermined impurity concentration, and first and second impurity-concentration regions provided so as to reach a lower interface of the self-layer and having an impurity concentration higher than the impurity-low-concentration region. a semiconductor layer provided on the first conductivity type high impurity concentration layer and a said insulating layer of said the lower gate electrode provided on the lower insulating layer, Re et al provided in an upper portion of the low-impurity-concentration region A method of manufacturing a transistor element, comprising: providing a mask pattern on the semiconductor layer on the insulator layer; and etching the semiconductor layer using the provided pattern as a mask to form a thin film. And the first and second impurities of the first conductivity type are formed in the thinned region.
Providing a high concentration layer; introducing the second conductivity type impurity into a region masked by the pattern to form
Providing a partial gate electrode; and connecting a wiring terminal to the upper gate electrode and the first and second first- conductivity-type high-concentration impurity layers.
下部界面まで達するように設けられかつ前記不純物低濃
度領域よりも不純物濃度が高い第1及び第2の第1導電
型不純物高濃度層とを含み前記絶縁体層上に設けられた
半導体層と、 前記不純物低濃度領域の上部に設けられた上部ゲート電
極と、 を含むトランジスタ素子の製造方法であって、 絶縁体上の前記半導体層上の一部に、ダミーパターンを
形成するステップと、この形成されたダミーパターンを
マスクとして該ダミーパターンに覆われていない領域に
第1導電型不純物高濃度拡散層を設けるステップと、前
記ダミーパターンを覆うように絶縁膜を堆積するステッ
プと、前記ダミーパターン上部の絶縁膜に開口部を設け
て該開口部からのエッチングにより該ダミーパターンを
除去するステップと、このダミーパターンが除去される
ことにより形成されたスリット内に不純物を含む半導体
を前記半導体層に接するように設けて上部ゲートを形成
するステップとを含むことを特徴とするトランジスタ素
子の製造方法。15. An insulator layer, a low impurity concentration region having a predetermined impurity concentration,
Provided so as to reach the lower interface and having a low impurity concentration.
And second first conductive layers having an impurity concentration higher than that of the first region.
Provided on the insulator layer, including a high-concentration type impurity layer.
A semiconductor layer and an upper gate electrode provided above the impurity low concentration region;
A method of manufacturing a transistor device comprising a pole, a, on part of the semiconductor layer on an insulator, forming a dummy pattern, covered the formed dummy pattern on the dummy pattern as a mask Providing a first-conductivity-type high-concentration impurity diffusion layer in a region which is not provided; depositing an insulating film so as to cover the dummy pattern; providing an opening in the insulating film above the dummy pattern; Removing the dummy pattern by etching, and forming an upper gate by providing a semiconductor containing impurities in a slit formed by removing the dummy pattern so as to be in contact with the semiconductor layer.
And a step of manufacturing the transistor element.
導体を前記半導体層に接するように設けるステップの代
わりに、該スリット内に金属を前記半導体層に接するよ
うに設けるステップを含むことを特徴とする請求項15
記載のトランジスタ素子の製造方法。16. The method according to claim 1, further comprising a step of providing a metal in the slit so as to be in contact with the semiconductor layer, instead of providing a semiconductor containing the impurity in the slit so as to be in contact with the semiconductor layer. Claim 15
A method for manufacturing the transistor element according to the above.
半導体基板の表面にイオンが到達するように、該ダミー
パターンを通してイオン注入するステップを更に含むこ
とを特徴とする請求項15又は16記載のトランジスタ
素子の製造方法。 17. The semiconductor device according to claim 17, wherein the dummy pattern is located below the dummy pattern.
The dummy is placed so that the ions reach the surface of the semiconductor substrate.
Further including the step of implanting ions through the pattern.
17. The transistor according to claim 15, wherein
Device manufacturing method.
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